Использование и экономия электроэнергии. Электробезопасность

Две лампы освещают один и тот же стол. На одной указано $10\ \text{Вт}$, на другой — $75\ \text{Вт}$. Если обе работают одинаковое время, будет ли одинаковым расход электроэнергии?

Сначала прогноз. Какая лампа израсходует меньше энергии за месяц и во сколько раз? Запиши ответ до расчёта.

Мощность и энергия — разные величины

Мощность показывает, как быстро прибор преобразует энергию:

$$P=\frac{A}{t}.$$

Единица мощности — ватт. Для бытовых приборов удобно пользоваться киловаттами:

$$1\ \text{кВт}=1000\ \text{Вт}.$$

Энергия, израсходованная за время работы прибора:

$$\boxed{W=Pt}.$$

Если $P$ выражена в киловаттах, а $t$ — в часах, то $W$ получают в киловатт-часах:

$$1\ \text{кВт}\cdot\text{ч}=3{,}6\cdot10^6\ \text{Дж}.$$

Киловатт — единица мощности, а киловатт-час — единица энергии. Эти названия нельзя заменять друг другом.

Как счётчик помогает найти расход

Электросчётчик показывает накопленную энергию. Расход за выбранный период находят по разности показаний:

$$W=W_{\text{кон}}-W_{\text{нач}}.$$

Пустые поля на иллюстрации не являются показаниями. Используй только числа, заданные в условии задачи.

Стоимость зависит от тарифа

Если тариф $T$ задан в рублях за киловатт-час, то стоимость энергии равна

$$\boxed{C=WT}.$$

Тариф — условие расчёта, а не физическая постоянная. В учебных задачах этого урока используем условный тариф

$$T=\frac{0{,}30\ \text{руб.}}{\text{кВт}\cdot\text{ч}}.$$

При другом тарифе стоимость изменится, а рассчитанная энергия останется той же.

Центральная задача: одинаковый свет, разный расход

Две лампы дают одинаковый полезный световой результат. Их мощности — $10\ \text{Вт}$ и $75\ \text{Вт}$; обе работают по $4$ часа в день в течение $30$ дней.

Сначала найдём общее время:

$$t=4\cdot30=120\ \text{ч}.$$

Переведём мощности в киловатты:

$$10\ \text{Вт}=0{,}010\ \text{кВт},\qquad 75\ \text{Вт}=0{,}075\ \text{кВт}.$$

Теперь рассчитай $W_1$, $W_2$ и экономию $W_2-W_1$ до открытия ответа.

Проверка

$$W_1=0{,}010\cdot120=1{,}2\ \text{кВт}\cdot\text{ч},$$ $$W_2=0{,}075\cdot120=9{,}0\ \text{кВт}\cdot\text{ч}.$$

Экономия энергии:

$$\Delta W=9{,}0-1{,}2=7{,}8\ \text{кВт}\cdot\text{ч}.$$

При условном тарифе стоимость составит $0{,}36$ руб. и $2{,}70$ руб. соответственно.

Экономия начинается с полезного результата

• сравнивай приборы одинакового назначения по мощности и результату работы;
• выключай освещение и нагрев, когда они не нужны;
• выбирай разумное время работы прибора;
• читай паспортные данные и не выдумывай расход по внешнему виду;
• не жертвуй безопасностью ради небольшой экономии.

Перегрузка и короткое замыкание

Перегрузка возникает, когда суммарный ток одновременно работающих приборов слишком велик для линии.

Короткое замыкание возникает, когда точки цепи соединяются путём с очень малым сопротивлением в обход нагрузки. По закону Ома ток резко возрастает. По закону Джоуля — Ленца сильный ток быстро нагревает проводники:

$$Q=I^2Rt.$$

Это может повредить изоляцию и вызвать пожар.

Как работает защита

Автоматический выключатель или плавкий предохранитель разрывает аварийную цепь. Он не уменьшает обычный расход электроэнергии и не заменяет правильную эксплуатацию.

В кабинете образцы показывают только обесточенными. Опыты с бытовой сетью не проводят.

Правила безопасного действия

• не касайся повреждённых проводов, вилок и розеток;
• не включай прибор мокрыми руками;
• не перегружай удлинители и розетки;
• при запахе гари, искрении или необычном нагреве не прикасайся к прибору, отойди и сообщи взрослому; взрослый обесточит его, если это безопасно;
• не ремонтируй сетевой прибор самостоятельно;
• не пытайся воспроизвести короткое замыкание.

Самостоятельная карточка решения

Чайник мощностью $2{,}0\ \text{кВт}$ работает $6$ минут. Тариф $\frac{0{,}30\ \text{руб.}}{\text{кВт}\cdot\text{ч}}$.

1. Переведи время в часы.
2. Найди энергию одного нагрева.
3. Найди стоимость.
4. Назови одно экономичное и одно безопасное действие.

Проверь себя

1. Чем отличаются кВт и кВт·ч?
2. Как найти расход по двум показаниям счётчика?
3. Почему тариф нужно брать из условия, а не запоминать навсегда?
4. Чем перегрузка отличается от короткого замыкания?
5. Зачем автомат разрывает цепь?

Ответы

Для чайника:

$$t=\frac{6}{60}=0{,}10\ \text{ч},$$ $$W=2{,}0\cdot0{,}10=0{,}20\ \text{кВт}\cdot\text{ч},$$ $$C=0{,}20\cdot0{,}30=0{,}06\ \text{руб}.$$

Экономичное действие: нагревать нужный объём воды. Безопасное действие: пользоваться исправным чайником сухими руками и не вскрывать его.