Praca wykonana przez prąd elektryczny jest związana z przenoszeniem ładunku elektrycznego pomiędzy punktami, różniącymi się potencjałami elektrycznymi. Jest więc ona związana ze zmianą energii potencjalnej ładunków, znajdujących się wewnątrz przewodnika.
Wzór na pracę prądu elektrycznego można zapisać w postaci:
W = qU,
gdzie: q – ładunek elektryczny, U – napięcie, czyli różnica potencjałów.
Jednostką pracy prądu elektrycznego jest dżul, jednak w technice często używa się innej jednostki tzw. kilowatogodziny, która jest równa:
1kWh = 3600000J
Jest to praca jaką wykona urządzenie elektryczne o mocy 1000W w czasie jednej godziny.
Moc można zdefiniować jako zdolność układu do wykonania określonej pracy w danym czasie. Im szybciej wykonana zostanie dana praca, tym większa będzie moc i odwrotnie.
\(P= \frac{W}{t} \)
gdzie: P – moc, t – czas.
Wstawiając do ostatniego równania wyrażenie na pracę prądu elektrycznego otrzymamy:
\(P= \frac{qU}{t} \)
Ponieważ stosunek ładunku q do czasu t jest natężeniem prądu elektrycznego, to jego moc jest równa:
\(P=I \cdot U\)
Łącząc ostatnie równanie z prawem Ohma (U = IR), można podać dwa inne równania na moc prądu elektrycznego tj.:
\(P=I ^{2} \cdot R\)
\(P= \frac{U ^{2} }{R} \)
gdzie: R – opór elektryczny.
Jednostką mocy jest wat, który jest równy dżul przez sekundę (1W = 1J/1s)
Jeżeli dany układ wykonał pracę równą jeden dżul w czasie jednej sekundy oznacza to, że pracował on z mocą jednego wata.
Praca i moc prądu elektrycznego - przykład.
Żarówka ma moc równą 100W i jest podłączona do sieci o napięciu 230V. Jakie jest natężenie prądu płynącego przez tą żarówkę i jaki jest jej opór?
Dane: Szukane:
P = 100W I = ?
U = 230V R = ?
Rozwiązanie:
Natężenie prądu obliczymy korzystając z równania \(P=I \cdot U\) , które po podzieleniu przez napięcie ma postać:
\(I= \frac{P}{U} = \frac{100W}{230W} \approx 0,43A\)
Opór żarówki można obliczyć korzystając z zależności \(P= \frac{U ^{2} }{R} \) , która po prostym przekształceniu ma postać:
\(R= \frac{U ^{2} }{P} = \frac{(230V) ^{2} }{100W} =529 \Omega \)