La llei de Watt delinea la connexió essencial entre potència, intensitat de corrent i voltatge en un circuit elèctric. Aquesta norma postula que la potència d'un dispositiu o circuit és el resultat de multiplicar-ne el voltatge pel corrent que el travessa. En altres paraules, la fórmula P = VI representa la pedra angular daquesta relació.
El consum elèctric dun circuit està intrínsecament lligat a la potència. Alhora, aquesta potència es veu influenciada per la resistència del dispositiu, el voltatge d'entrada i el corrent que flueix a través d'aquesta resistència.
Fórmula de la llei de Watt
La fórmula de la llei de Watt es presenta de la manera següent:
P = V · I
On
-
P és la potència elèctrica de resistència elèctrica.
-
V és el voltatge aplicat a la resistència dun circuit.
-
I és la intensitat de corrent.
El consum de la potència elèctrica es mesura en watts (W), el voltatge en volts (V) i la unitat de mesura de la intensitat és l'amperi (A).
En aquesta fórmula es pot comprovar que la potència consumida és directament proporcional a la diferència de voltatge dentrada i sortida ia la intensitat.
Hi ha tres fórmules possibles per calcular la potència elèctrica en un circuit.
Creador de la llei de Watt
La llei de Watt no va ser creada per James Watt, com podria suggerir el nom. De fet, la llei porta el nom de James Watt, l'inventor escocès conegut per la seva contribució al desenvolupament de la màquina de vapor.
La formulació matemàtica de la llei s'atribueix principalment a dos científics: Gustav Kirchhoff i George Simon Ohm. Kirchhoff va desenvolupar les lleis de Kirchhoff, que són fonamentals en la teoria de circuits elèctrics i que inclouen la Llei de Watt com a cas especial.
D'altra banda, Ohm va establir la relació matemàtica bàsica entre voltatge, corrent i resistència en un circuit, coneguda com la llei d'Ohm.
Relació amb la llei d'Ohm
La llei de Watt relaciona la potència amb el voltatge i la intensitat de corrent. D‟altra banda, la llei d‟Ohm relaciona el voltatge amb la intensitat de corrent i la resistència elèctrica d‟un circuit.
La fórmula de la llei d'Ohm és:
V= I·R
On
-
V és el voltatge.
-
I és la intensitat de corrent.
-
R és la resistència elèctrica que ofereix un circuit mesurat en ohms.
Atès que les dues lleis usen les mateixes quantitats elèctriques, sovint es combinen per obtenir algunes equacions útils.
Ús i aplicacions industrials i en la vida quotidiana
La llei de Watt serveix com un principi fonamental en la teoria elèctrica, proporcionant una comprensió essencial de la relació entre el corrent elèctric, la diferència de potencial (voltatge) i la potència en un circuit elèctric.
- Disseny de sistemes elèctrics : En entendre com el corrent, el voltatge i la potència estan interrelacionats, els enginyers poden calcular i planificar la potència necessària per alimentar dispositius i maquinària.
- Eficiència energètica La llei és crucial per optimitzar l'eficiència energètica en dispositius elèctrics. Permet dissenyar i utilitzar dispositius que operin dins de rangs específics de potència, contribuint així a la conservació denergia.
- Facturació d'electricitat En l'àmbit domèstic i empresarial, la llei de Watt té un impacte directe a la factura d'electricitat. En comprendre com es calcula la potència consumida, els consumidors poden prendre decisions informades per reduir el consum i, per tant, els costos associats.
- Transmissió d'energia : En la transmissió d'electricitat a llargues distàncies, la fórmula per al càlcul de la potència elèctrica permet als enginyers calcular les pèrdues de potència i dissenyar sistemes de transmissió eficients que minimitzin aquestes pèrdues, assegurant que la potència lliurada a la destinació final sigui suficient.
- Optimització de dispositius : amb aquesta llei, els fabricants poden optimitzar el rendiment dels dispositius elèctrics amb dissenys més eficients i en una millor gestió de l'energia.
Exemple pràctic: càrrega de bateries amb un panell solar
Suposem que instal·les un panell solar de 200 watts (W) al teu sostre. Sota la llum solar directa durant 5 hores al dia, el panell generaria 1000 watts-hora (Wh) o 1 quilowatt-hora (kWh) diari (200 W × 5 h). Aplicant la Llei de Watt (P = IV), si el teu sistema opera a 12 volts (V), el corrent seria d'aproximadament 16.67 ampers (I = P/V).
Ara considera carregar una bateria amb una capacitat de 500 Wh. Usant la Llei de Watt per calcular el temps de càrrega, tindríem Temps (hores) = Energia (Wh) / Potència (W), cosa que resultaria en 0.5 hores o 30 minuts per carregar completament la bateria (500 Wh / 1000 W).
És important tenir en compte leficiència del sistema. Suposem que és del 85%. Aplicant aquest factor deficiència a la potència generada, la potència real seria 170 W (200 W × 0.85). Ajustant els càlculs anteriors, la bateria es carregaria completament en aproximadament 1.5 hores (500 Wh/170 W).
Aquest exemple il·lustra com la llei de Watt és essencial en el disseny i l'optimització de sistemes d'energia solar per calcular la potència, el corrent i el temps de càrrega efectius.