W budowie
Prezentacja modułu

Moduł 12 — Praca prądu elektrycznego, kilowatogodzina i koszty energii — kurs Prąd elektryczny stały (kurs podstawowy)

Moduł 10 kursu Prąd elektryczny stały: wzór na pracę prądu W = U·I·t, jednostka dżul (J) i kilowatogodzina (kWh), licznik energii oraz obliczanie kosztów zużycia prądu.

  • 45 min
  • 16 slajdów
  • Notatki nauczyciela: N
  • Strona modułu: otwórz
Plan · 45 min

Co dziś robimy

  1. 7 minWyprowadzenie wzoru na pracę prądu: $W = U \cdot I \cdot t$ Poznasz wyprowadzenie i postać wzoru na pracę prądu elektrycznego : $W = U \cdot I \cdot…
  2. 6 minJednostki pracy: dżul vs kilowatogodzina Jeden dżul to bardzo mała porcja energii — zagotowanie szklanki wody wymaga około $80\…
  3. 5 minRysunek: schemat pomiaru zużycia energii licznikiem prądu teza, kod i pytanie kontrolne
  4. 10 minJak obliczamy koszty energii elektrycznej w gospodarstwie domowym? Krok 1: Obliczasz energię $E$ w kilowatogodzinach, mnożąc moc sprzętu (w kilowatach)…
  5. 6 minAnimacja: wirtualny licznik energii i kalkulator kosztów teza, kod i pytanie kontrolne
  6. 6 minPrzykłady obliczeniowe z pełnym rozwiązaniem Wypisujemy dane i zamieniamy jednostki na układ SI: \[ U = 230\text{ V}, \quad I =…
  7. 5 minPodsumowanie bilet wyjściowy i zadanie domowe
Atom 1 z 6 · ~7 min

Wyprowadzenie wzoru na pracę prądu: $W = U \cdot I \cdot t$

Jak elektrownia mierzy zużytą przez nas energię i dlaczego na rachunku za prąd nie ma dżuli, lecz kilowatogodziny? Jak ze wskazań woltomierza, amperomierza i stopera obliczyć wykonaną pracę prądu oraz koszt zagotowania wody w czajniku?

  • Poznasz wyprowadzenie i postać wzoru na pracę prądu elektrycznego : $W = U \cdot I \cdot t$.
  • Zrozumiesz relację między jednostką podstawową SI ( dżul , $\text{J}$) a jednostką praktyczną ( kilowatogodzina , $\text{kWh}$).
  • Nauczysz się przeliczać kilowatogodziny na dżule i megadżule: $1\text{ kWh} = 3\ 600\ 000\text{ J}$.
  • Dowiesz się, jak działa domowy licznik energii elektrycznej .
Sprawdzenie · atom 1 · ~2 min

Pytanie do klasy

Z której zależności fizycznej wynika w wyprowadzeniu wstępny wzór $W = U \cdot q$?

Atom 2 z 6 · ~6 min

Jednostki pracy: dżul vs kilowatogodzina

Podstawową jednostką pracy i energii w układzie SI jest dżul ($\text{J}$):

  • Jeden dżul to bardzo mała porcja energii — zagotowanie szklanki wody wymaga około $80\ 000\text{ J}$.
  • Z tego względu w energetyce zawodowej i na rachunkach za prąd stosuje się jednostkę znacznie większą: kilowatogodzinę (symbol: kWh ).
  • 1 kilowatogodzina ($1\text{ kWh}$) to praca wykonana przez prąd o mocy $1\text{ kilowata}$ ($1000\text{ W}$) w ciągu $1\text{ godziny}$ ($3600\text{ sekund}$):
  • I odwrotnie: $1\text{ J} = \frac{1}{3\ 600\ 000}\text{ kWh} \approx 2{,}78 \cdot 10^{-7}\text{ kWh}$.
Sprawdzenie · atom 2 · ~2 min

Pytanie do klasy

Ile dżuli energii odpowiada dokładnie jednej kilowatogodzinie?

Ilustracja · atom 3 · ~3 min

Rysunek: schemat pomiaru zużycia energii licznikiem prądu

Przewód fazowy L (230 V) Przewód neutralny N (0 V) LICZNIK ENERGII ELEKTRYCZNEJ 01482.5 kWh Rejestruje całkę: E = ∫ U · I dt Sprzęt w domu
Licznik energii elektrycznej montowany na wejściu instalacji domowej: mierzy pracę prądu w kilowatogodzinach ($1\text{ kWh} = 3{,}6\text{ MJ}$).
Sprawdzenie · atom 3 · ~2 min

Pytanie do klasy

Co mierzy i w jakich jednostkach podaje wynik licznik energii elektrycznej?

Atom 4 z 6 · ~10 min

Jak obliczamy koszty energii elektrycznej w gospodarstwie domowym?

Aby dowiedzieć się, ile zapłacisz za korzystanie z danego sprzętu elektrycznego, wykonujesz dwa proste kroki:

  • Krok 1: Obliczasz energię $E$ w kilowatogodzinach, mnożąc moc sprzętu (w kilowatach) przez czas jego pracy (w godzinach): \[ E_{[\text{kWh}]} = P_{[\text{kW}]} \times…
  • Krok 2: Mnożysz uzyskaną liczbę $\text{kWh}$ przez stawkę za energię (przyjmijmy np. cenę $1{,}00\text{ zł}$ za $1\text{ kWh}$): \[ \text{Koszt} = E_{[\text{kWh}]}…
  • Przykłady kosztów codziennych urządzeń:
Zestawienie · atom 4 · ~4 min

Jak obliczamy koszty energii elektrycznej w gospodarstwie domowym?

Aby dowiedzieć się, ile zapłacisz za korzystanie z danego sprzętu elektrycznego, wykonujesz dwa proste kroki:

Urządzenie Moc $P$ Czas pracy $t$ Zużyta energia Szacunkowy koszt ($1\text{ zł/kWh}$)
Czajnik elektryczny $2000\text{ W} = 2\text{ kW}$ $3\text{ min} = 0{,}05\text{ h}$ $0{,}10\text{ kWh}$ ($360\text{ kJ}$) $0{,}10\text{ zł}$ (10 groszy)
Pralka (program bawełna 60°C) średnio $1000\text{ W} = 1\text{ kW}$ $1{,}5\text{ h}$ $1{,}50\text{ kWh}$ ($5{,}4\text{ MJ}$) $1{,}50\text{ zł}$
Telewizor LED 55" $100\text{ W} = 0{,}1\text{ kW}$ $5\text{ h}$ (wieczór filmowy) $0{,}50\text{ kWh}$ ($1{,}8\text{ MJ}$) $0{,}50\text{ zł}$ (50 groszy)
Żarówka LED $10\text{ W} = 0{,}01\text{ kW}$ $10\text{ h}$ $0{,}10\text{ kWh}$ ($360\text{ kJ}$) $0{,}10\text{ zł}$ (10 groszy)
Ładowarka do smartfona $20\text{ W} = 0{,}02\text{ kW}$ $2\text{ h}$ $0{,}04\text{ kWh}$ ($144\text{ kJ}$) $0{,}04\text{ zł}$ (4 grosze)
Sprawdzenie · atom 4 · ~2 min

Pytanie do klasy

W jakiej kolejności obliczamy koszt pracy urządzenia elektrycznego?

Symulacja · atom 5 · ~4 min

Animacja: wirtualny licznik energii i kalkulator kosztów

Sprawdzenie · atom 5 · ~2 min

Pytanie do klasy

W symulatorze wydłużasz czas pracy urządzenia przy niezmienionej mocy. Jak zmienia się wskazanie licznika?

Atom 6 z 6 · ~6 min

Przykłady obliczeniowe z pełnym rozwiązaniem

Treść: Przez grzałkę bojlera podłączoną do napięcia $U = 230\text{ V}$ płynie prąd o natężeniu $I = 8\text{ A}$. Jaką pracę wykona prąd w czasie $t = 30\text{ minut}$? Wynik podaj w dżulach oraz w kilowatogodzinach.

  • Wypisujemy dane i zamieniamy jednostki na układ SI: \[ U = 230\text{ V}, \quad I = 8\text{ A}, \quad t = 30\text{ min} = 30 \times 60\text{ s} = 1800\text{ s} \]
  • Obliczamy pracę w dżulach ze wzoru $W = U \cdot I \cdot t$: \[ W = 230\text{ V} \times 8\text{ A} \times 1800\text{ s} = 3\ 312\ 000\text{ J} \approx 3{,}31\text{ MJ} \]
  • Przeliczamy dżule na kilowatogodziny, dzieląc przez $3\ 600\ 000$: \[ W_{[\text{kWh}]} = \frac{3\ 312\ 000\text{ J}}{3\ 600\ 000\text{ J/kWh}} = 0{,}92\text{ kWh} \]
  • Odpowiedź: Prąd wykonał pracę $3\ 312\ 000\text{ J}$, co odpowiada $0{,}92\text{ kWh}$.
Rozwiązanie krok po kroku:
  1. Wypisujemy dane i zamieniamy jednostki na układ SI: \[ U = 230\text{ V}, \quad I = 8\text{ A}, \quad t = 30\text{ min} = 30 \times 60\text{ s} = 1800\text{ s} \]
  2. Obliczamy pracę w dżulach ze wzoru $W = U \cdot I \cdot t$: \[ W = 230\text{ V} \times 8\text{ A} \times 1800\text{ s} = 3\ 312\ 000\text{ J} \approx 3{,}31\text{ MJ} \]
  3. Przeliczamy dżule na kilowatogodziny, dzieląc przez $3\ 600\ 000$: \[ W_{[\text{kWh}]} = \frac{3\ 312\ 000\text{ J}}{3\ 600\ 000\text{ J/kWh}} = 0{,}92\text{ kWh} \]
  4. Odpowiedź: Prąd wykonał pracę $3\ 312\ 000\text{ J}$, co odpowiada $0{,}92\text{ kWh}$.
Sprawdzenie · atom 6 · ~2 min

Pytanie do klasy

Dlaczego w przykładzie czas $30$ minut zamieniono na $1800$ sekund?

Zamknięcie · ~3 min

Co zabrać z lekcji

  • Pamiętaj: praca prądu oznacza ilość energii elektrycznej zamienionej w odbiorniku na inną postać energii: ciepło (w grzałce), światło (w diodzie LED), energię…
  • Jeden dżul to bardzo mała porcja energii — zagotowanie szklanki wody wymaga około $80\ 000\text{ J}$.
  • Rysunek: schemat pomiaru zużycia energii licznikiem prądu
  • Krok 1: Obliczasz energię $E$ w kilowatogodzinach, mnożąc moc sprzętu (w kilowatach) przez czas jego pracy (w godzinach): \[ E_{[\text{kWh}]} = P_{[\text{kW}]}…
Bilet wyjściowy: Jak przeliczyć wynik $3\ 312\ 000\text{ J}$ na kilowatogodziny?
Odpowiedź: b) Podzielić przez $3\ 600\ 000$, co daje $0{,}92\text{ kWh}$
Hyżyk· Moduł 12 — Praca prądu elektrycznego, kilowatogodzina i kosz moduł 1 / 1