§ 46. Работа и мощность электрического тока

Работой электрического тока называют работу электрического поля по перемещению зарядов в цепи. Если напряжение постоянно, работа равна A = Uq. Поскольку при постоянном токе заряд q = It, получают формулу A = UIt. Работа зависит от напряжения, силы тока и продолжительности работы устройства. В системе СИ её измеряют в джоулях: произведение вольта, ампера и секунды даёт джоуль. Это та же единица энергии, которая используется в механике и тепловых явлениях.

Мощность характеризует, сколько работы совершается за единицу времени: P = A/t. Для постоянного тока отсюда следует P = UI. Единица мощности — ватт, равный одному джоулю в секунду. Например, устройство при напряжении 12 В и токе 2 А потребляет мощность 24 Вт. За 10 секунд ему передаётся энергия 240 Дж. Большая мощность означает более быстрое преобразование энергии, но общий расход зависит также от длительности включения.

В быту электрическую энергию удобно измерять в киловатт-часах. Один киловатт-час — энергия, которую устройство мощностью 1 кВт потребляет за один час; это 3,6 миллиона джоулей. Киловатт обозначает мощность, а киловатт-час — энергию, поэтому эти единицы нельзя заменять друг другом. Например, прибор мощностью 0,5 кВт за четыре часа непрерывной работы использует 2 кВт·ч. При изменяющейся мощности расход находят с учётом времени работы в каждом режиме.

Счётчик учитывает потреблённую электрическую энергию. Чтобы определить расход за период, из конечного показания вычитают начальное, а для расчёта стоимости умножают расход на заданный тариф. Цена в учебной задаче является условием расчёта, а не неизменной стоимостью электроэнергии. Мощность можно измерить специальным прибором или рассчитать по напряжению и току в подходящих условиях. При объяснении важно уточнять превращение энергии: в нагревателе она главным образом становится внутренней, в двигателе значительная часть превращается в механическую.