ΤΙΤΛΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ: ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ B ΕΠΑΛ       

ΥΠΟΔΕΙΓΜΑ ΦΥΛΛΟΥ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

ΜΑΘΗΜΑ : ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ

ΕΝΟΤΗΤΑ : ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΙΣΧΥΣ

ΣΚΟΠΟΙ

Μετά τη διδασκαλία της ενότητας και τη μελέτη αυτού του φύλλου θα πρέπει να είσαστε ικανοί:

a)    Να διατυπώνετε τις έννοιες του έργου, της ενέργειας και της ισχύος.

b)   Να αναγνωρίζετε και να εξηγείτε τη μορφή ενέργειας που ονομάζεται ηλεκτρική, να ορίζετε την ηλεκτρική ισχύ.

c)    Να διατυπώνετε το νόμο του Joule.

d)   Να υπολογίζετε την ηλεκτρική ενέργεια και την ηλεκτρική ισχύ ενός καταναλωτή.

e)    Να μετατρέπετε τις μονάδες μέτρησης ηλεκτρικής ενέργειας και ισχύος στα πολλαπλάσια και υποπολλαπλάσιά  τους.

f)     Να ορίζετε και να εξηγείτε τον βαθμό απόδοσης μιας συσκευής, ενός ηλεκτρικού κινητήρα ή ενός συστήματος.

g)    Να έχετε εξοικειωθεί με τη χρήση ειδικών εκπαιδευτικών  λογισμικών που φαίνονται πιο κάτω στη βιβλιογραφία

h)   αναλύουν τη λειτουργία ηλεκτρικών κυκλωμάτων αξιοποιώντας το λογισμικό «Θαλής».

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ

a)      Όταν σώμα μετακινείται κατά απόσταση e υπό την επίδραση μιας δύναμης F τότε το παραγόμενο έργο Α δίδεται από τη σχέση Α = F·e όπου Α σε Joule, F σε Newton και e σε μέτρα. Η ενέργεια είναι ίση με το έργο που μπορεί να παραχθεί και συνεπώς έχει τις ίδιες μονάδες μέτρησης με εκείνες του έργου. Σύμφωνα με την αρχή διατήρησης

    της ενέργειας, η ενέργεια οποιασδήποτε μορφής δεν μπορεί να παραχθεί από το μηδέν' προέρχεται πάντοτε από τη μετατροπή μιας άλλης μορφής ενέργειας.

b)      Η ισχύς είναι το έργο που παράγεται στη μονάδα του χρόνου (Ρ = )

c)      ε) Ένα από τα αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος είναι και η παραγωγή ενέργειας. Από το ηλεκτρικό ρεύμα παράγεται ενέργεια διαφόρων μορφών (θερμική, φωτεινή). Σε όλες τις περιπτώσεις μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε άλλη μορφή ισχύει η αρχή της διατήρησης της ενέργειας. Σε κάθε ηλεκτρική συσκευή σημειώνεται η ισχύς της. Ανάλογα δε με το χρόνο λειτουργίας της, αναγράφεται στον μετρητή του αντίστοιχου καταναλωτή η συνολική ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώθηκε.

d)      Μιλάμε για θερμικές απώλειες όταν η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα είναι ανεπιθύμητη. Στους ηλεκτροκινητήρες, η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανική και το ποσοστό που «χάνεται» σε απώλειες, ορίζει το βαθμό απόδοσης τους ως λόγο της ωφέλιμης ισχύος τους προς την προσδιδόμενη.

Μέθοδος - οργάνωση τάξης:

Οι μαθητές εργάζονται ανά τέσσερις σε κάθε ομάδα  στο εργαστήριο. Το φύλλο εργασίας φωτοτυπήθηκε  και μοιράστηκε σε κάθε ομάδα.

ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ - ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

a)      Ηλεκτροτεχνία, Α' τάξης Α' κύκλου ΤΕΕ.

b)      Κοκκινάκη, Γ. και Καρύδη, Γ., Ηλεκτροτεχνία Ι, Αθήνα, 1997,εκδ. Γαλιλαίος, σσ. 93-98.

c)      Βασιλακόπουλος, Σ., Ηλεκτρολογία, Αθήνα, Ίδρυμα Ευγενίδου,1965, σσ. 94-97.

d)Πάγκαλος Σ.,Ηλεκτροτεχνία Β τάξης ΕΠΑΛ,ΟΕΔΒ.Αθήνα,1996.

ΔΙΚΤΥΟΓΡΑΦΙΑ-ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ

1.ebooks.edu.gr/modules/ebook/show.php/DSGYM-C201/531/3516,14427/

2.https://fysikafysikh.wordpress.com/2014/10/16/ηλεκτρική-ενέργεια-και-ισχύς

3.https://www.slideshare.net/tvagelis96/ss-1604575

4.https://www.slideshare.net/grekdrak/phet-11308681

5.https://el.wikipedia.org/wiki/Ηλεκτρική_ισχύς

6.https://www.youtube.com/watch?v=-7mZanPags8

7.4gym-argyr.att.sch.gr/kef3.pdf

8.ebooks.edu.gr/new/classcoursespdf.php?classcode=DSEPAL-B

 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ

1. Το ηλεκτρικό ρεύμα έχει σαν αποτέλεσμα την εμφάνιση διαφόρων μορφών ενέργειας. Η ηλεκτρική ενέργεια που προσφέρεται από τις διάφορες ηλεκτρικές πηγές στις καταναλώσεις μετατρέπεται σε άλλες μορφές ενέργειας. Ο Joule απέδειξε ότι η ηλεκτρική ενέργεια W που προσφέρεται σε μια ωμική αντίσταση (μετρώντας τη θερμότητα που αυτή απέδωσε) είναι ανάλογη του τετραγώνου της έντασης Ι, της αντίστασης R του αντιστάτη και του χρόνου t που διαρκεί η ροή του ρεύματος .

W = α Ι² R t (1) όπου α είναι μια σταθερά εξαρτώμενη από τις χρησιμοποιούμενες μονάδες των μεγεθών W, α, Ι, R, t.

Στο S.Ι., α=1                 W =  Ι² R t   Εάν λύσουμε ως προς Ι, [Ι = ] παρατηρούμε ότι

όταν δοθεί ένα ορισμένο ποσό ενέργειας (W) σε ένα καταναλωτή R, σε χρόνο t το ρεύμα θα είναι αντιστρόφως ανάλογο της R. Λόγω του ότι Ι =  (2), η σχέση (1) γράφεται W = t  και λόγω της σχέσης (2) ισχύει επίσης ότι W = U Ι t.

2. Η ισχύς Ρ σε μια συσκευή είναι το γινόμενο της τάσης που επικρατεί στα άκρα της επί την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που τη διαρρέει:

Ρ =  =  = Ut. Από τον τύπο W =  Ι² R t προκύπτει ότι η ηλεκτρική ισχύς

που καταναλώνεται σε μια αντίσταση δίνεται από τη σχέση

Ρ = Ι² R ή από τη σχέση

P = U²/R

Μπορούμε λοιπόν να ορίσουμε την ισχύ του ηλεκτρικού ρεύματος ως το γινόμενο της τάσης στους πόλους μιας πηγής (ή στο άκρο μιας κατανάλωσης αντίστασης R) επί την ένταση του ρεύματος, που δημιουργεί η τάση αυτή.

3. Μονάδες μέτρησης ηλεκτρικής ενέργειας και ισχύος.

Στο σύστημα S·Ι η τάση V μετριέται σε Volt (V) και η ένταση Ι σε Ampere (Α). Το γινόμενο V·Α δίνει τη μονάδα ισχύος το Watt (W). Ισχύς ενός W παράγεται όταν στα άκρα ενός καταναλωτή εφαρμόζεται τάση V=1Voltκαι το ρεύμα που τον διαρρέει είναι Ι =1 Ampere.

Μονάδα ενέργειας είναι το 1 Joule (j ). 1 J =1V 1Α 1sec.

Η μονάδα Joule είναι μικρή. Στην πράξη χρησιμοποιούμε wh και kwh. Ενέργεια μιας κιλοβατώρας (kwh) καταναλώνεται, όταν μια κατανάλωση ισχύος 1 kw «εργάζεται» επί 1h. Έχουμε 1Wh=3600 W·s =3600J και 1 kwh = 3,6·10⁶ W s = 3,6-10⁶ J. Για την ισχύ των κινητήρων χρησιμοποιούμε τη μονάδα του ίππου (ΗΡ).

Ισοδυναμίες : 1ΗΡ = 746\W

1kw = 1,34ΗΡ

4. Ο γενικός τύπος που δίνει τη θερμική ενέργεια που απαιτείται για να μεταβληθεί κατά
ΔΘ η θερμοκρασία ενός σώματος μάζας m είναι ο εξής:

Q = c·m ΔΘ(1)

όπου c συντελεστής θερμοχωρητικότητας του σώματος. Αν η θερμότητα Q εκφραστεί σε kcal, η μάζα σε kgr και η μεταβλητή ΔΘ σε °C τότε η σταθερά για το νερό έχει τιμή 1. Έτσι για το νερό μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον τύπο:

Q = m (kgr) ΔΘ(°C) (2)

Ο Joule απέδειξε ότι 1kcal = 4,184J. Με βάση αυτή τη σχέση μετατροπής μονάδων έχουμε:
Q = 0,239 x 10^-3 Ι² R t. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι 1kwh = 860kcal.

5. Σ' έναν ηλεκτρικό κινητήρα ένα μέρος

Ρπρ (Ηλ. Ισχύς),                                                                     

Ρωφ (Μηχανική ισχύς)                                                               ----                                         

της προσφερόμενης ηλεκτρικής ενέργειας μετατρέπεται σε      

θερμική ενέργεια λόγω των αντιστάσεων των αγωγών και          

των τριβών. Αυτό το μέρος αποτελεί την ενέργεια απωλειών. Ο βαθμός απόδοσης μας λέει ποιο ποσοστό της αναρροφώμενης ισχύος από έναν καταναλωτή μετατρέπεται σε ωφέλιμη ισχύ (Ρωφ).

Ο βαθμός απόδοσης ορίζεται ως το πηλίκο ωφέλιμης και προσφερόμενης ισχύος και είναι μικρότερος της μονάδας. Ρ =  < 1

όπου Ρπρ = Ρωφ + Ραπ και

Wπρ = Wωφ + Wαπ

Ο βαθμός απόδοσης καθορίζει την ποιότητα μιας μηχανής. Η μηχανή που έχει μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης είναι ποιοτικά καλύτερη.

ΤΕΣΤ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

Ενότητα: Ηλεκτρική Ενέργεια και Ισχύς

Οδηγίες: Παρακάτω δίνονται 10 προτάσεις. Αν θεωρείτε την πρόταση σωστή βάλτε σε γράμμα Σ (Σωστό). Αν όχι βάλτε σε κύκλο το γράμμα Λ (Λάθος).

Σ        Λ          1)  Η παραγωγή ενέργειας διαφόρων μορφών από τις ηλεκτρικές συσκευές και
μηχανές προέρχεται από τη μετατροπή μιας άλλης μορφής ενέργειας η οποία
ονομάζεται ηλεκτρική ενέργεια.

Σ        Λ          2)  Η ηλεκτρική ενέργεια υπολογίζεται από τη σχέση \ν = ο. Ι². Κ . Ι

Σ        Λ          3)  Η ενέργεια που μετατρέπεται σε θερμότητα σε μια αντίσταση είναι αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της έντασης που τη διαρρέει.

Σ        Λ          4)  Ως ηλεκτρική ισχύς μας συσκευής ορίζεται το γινόμενο της τάσης που επικρατεί στα άκρα της επί την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που τη διαρρέει.

Σ        Λ     5)       Μια ηλεκτρική συσκευή που τροφοδοτείται με τάση 220Υ και απορροφά ένταση ρεύματος 2Α καταναλώνει ισχύ 440kwh.

Σ        Λ          6)  Ενέργεια μιας wh (βαττώρας) ισούται με 3,6 10⁶J.

Σ        Λ          7)  Το ποσό θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία ενός κιλού νερού κατά 1 °ο είναι 1 kcal.

Σ        Λ          8)  Ο μετρητής (ρολόι) της ΔΕΗ μετρά ηλεκτρικό ρεύμα.

Σ        Λ          9)  Ο βαθμός απόδοσης είναι πάντα μικρότερος της μονάδας.

Σ        Λ          10)        Το μέγεθος μιας μηχανής καθορίζεται από το βαθμό απόδοσης της.

Ανάκτηση του εκπαιδευτικού λογισμικού-ιστοσελίδων:

 Σύνδεση μέσω INTERNET  με τις πιο πάνω ιστοσελίδες. Αντιγραφή των ιστοσελίδων και επικόλληση τους στην επιφάνεια εργασίας.

 Ανοίγετε ένα  νέο φάκελο με την ονομασία ENERGY AND POWER και τα τοποθετείτε   μέσα.  Κατόπιν επιλέγω SETUP, μετά FULL INSTALL και μετά YES (στο παράθυρο που θα ανοίξει).Ανατρέχετε στις ιστοσελίδες για να εξοικειωθείτε με το εννοιολογικό πλαίσιο του μαθήματος και τους τύπος για την Ηλεκτρική Ισχύ και Ενέργεια.