در این فیلم آموزشی توان در مدارهای الکتریکی را با مثال خواهید آموخت و نمونه سوال‌های تستی و تشریحی آن به شما توضیح داده می‌شود.
توان در مدار الکتریکی
شکل زیر یکی از اجزا مدار الکتریکی را نشان می‌دهد. بین دو سر این بخش از مدار الکتریکی اختلاف پتانسیل وجود دارد و جریان از آن عبور می‌کند. این بخش از مدار الکتریکی می‌تواند باتری، مقاومت یا هر چیز دیگری باشد.
فرض کنید در جسم بالا بار q در زمان t با اختلاف پتانسیل ΔV=Vb – Va از پایانه a به پایانه b برود. کار نیروی خارجی برای چنین انتقالی برابر با w=qΔV است. توان الکتریکی، آهنگ انجام این کار است:
در رابطه بالا، توان که با P نمایش داده می‌شود برحسب وات (W)، جریان که با I نمایش داده می‌شود برحسب آمپر (A) و اختلاف پتانسیل که با (ΔV) نمایش داده می‌شود بر حسب ولت (V) است.
رابطه بالا را می‌توان برای منبع نیروی محرکه الکتریکی مانند باتری یا وسایل مصرف کنند توان الکتریکی مانند مقاومت یک دستگاه الکتریکی و … بیان کرد
اگر 0<P باشد این جز به بقیه مدار انرژی می‌دهد. اگر 0>P این جز از بقیه مدار انرژی دریافت می‌کند.
توان الکتریکی مصرفی در مقاومت
برای مقاومت اختلاف پتانسیل یا ΔV را با V نمایش می‌دهیم. برای محاسبه مقدار توان مصرفی، کافی است در این رابطه به جای V از رابطه تعریف مقاومت استفاده کنیم. در نتیجه روابط زیر برای محاسبه توان الکتریکی به دست می‌آید.
مقدار توان الکتریکی مقاومت‌ها منفی است و در مدار مصرف کننده توان الکتریکی هستند.
توان خروجی منبع نیروی محرکه (باتری)
در باتری‌ها یا منابع نیروی محرکه الکتریکی مقدار اختلاف پتانسیل یا ΔV با ℰ-Ir نمایش می‌دهیم. با قرار دادن این مقار به جای اختلاف پتانسیل در نتیجه روابط زیر برای محاسبه توان الکتریکی در باتری به دست می‌آید.
رابطه بالا توان خروجی یک باتری واقعی را نشان می‌دهد. این توان به اندازه rI2 که توان مصرفی در مقاومت داخلی باتری است با توان تولیدی باتری تفاوت دارد. اگر از باتری آرمانی استفاده کنیم r=0 زیرا باتری مقاومت داخلی ندارد و در نتیجه توان خروجی با توان تولیدی برابر است.
در مدار الکتریکی اجزایی مانند مقاومت توان الکتریکی مصرف می‌کنند و اجزایی مانند باتری که منبع نیروی محرکه هستند، توان خروجی دارند.
مثال
حال نمونه تستی از توان الکتریکی در مدارهای الکتریکی را مشاهده کنید:
نمودار شکل مربوط به یک باتری است. اگر دو سر باتری به دو سر یک مقاومت 15 اهم بسته شود، توان خروجی باتری چند وات می‌شود؟
1- 10
2- 20
3- 15
4- 25
پاسخ:
همانطور که مشاهده می‌کنید گزینه 2 پاسخ صحیح می‌باشد
برای آشنایی بیشتر با توان الکتریکی و و مسائل آن حتما ویدئو آموزشی را به طور کامل مشاهده کنید.
سوالات متداول
توان در مدار الکتریکی سرعت انجام کار یا همان سرعت مصرف انرژی در مدار است همچنین می‌توان آن را با رابطه‌هایی مانند نسبت تغییرات انرژی در واحد زمان یا نسبت کار انجام شده بر زمان و … به دست آورد. در مدار های الکتریکی توان همان نسبت تغییرات انرژی پتانسیل الکتریکی در واحد زمان است که بر حسب وات (که یکای آن است) بیان می شود.
وسایلی مانند باتری توان الکتریکی تولید می‌کنند و مقاومت‌ها آن را مصرف می‌کنند.
