4. Куда уходит электричество

Расследование 4. Куда уходит электричество

Место в курсе. Четвёртое расследование. Здесь измерение впервые переводится в деньги — те самые, что родители платят по квитанции. Это расследование, результат которого проверяется кошельком семьи.

1. Крючок

«Вынь зарядку из розетки, она электричество жрёт!» — слышал такое дома?

А теперь честно: сколько именно? Рубль в месяц? Сто рублей? Никто дома не знает — говорят по привычке.

И второй вопрос, посложнее. Что съест больше электричества за день: чайник, который кипятит воду 5 раз по 3 минуты, или компьютер, который работает 8 часов подряд?

Интуиция говорит «компьютер, он же весь день». Проверим — и, скорее всего, интуиция ошибётся. К концу расследования ты сможешь посчитать любой прибор в доме и узнать, куда на самом деле уходят деньги из квитанции.

2. Сквозная метафора урока: кран и счётчик воды

Электричество удобно представить как воду.

Мощность (ватты, Вт) — насколько широко открыт кран прямо сейчас. Чайник — пожарный шланг. Зарядка в холостую — капля из подтекающего крана.
Энергия (киловатт-часы, кВт·ч) — сколько воды набежало за время. Это то, что считает счётчик и за что приходит квитанция.

Ключ ко всему расследованию: платим мы не за мощность, а за энергию.

Пожарный шланг, открытый на 3 минуты, может дать меньше воды, чем подтекающий кран за месяц. Отсюда и неочевидные ответы: слабый прибор, работающий вечно, иногда обходится дороже мощного, включаемого на минуты.

3. Ядро: три величины и одна формула

Блок 1. Мощность

Мощность показывает, как быстро прибор потребляет энергию. Измеряется в ваттах (Вт). Считается просто:

P = U \cdot I

где $U$ — напряжение (вольты), $I$ — ток (амперы).

В розетке 220 В. Значит, чайник, потребляющий ток 9 А, имеет мощность $220 \times 9 \approx 2000$ Вт = 2 кВт.

Блок 2. Энергия и киловатт-часы

Энергия — это мощность, помноженная на время:

E = P \cdot t

Если мощность в киловаттах, а время в часах, получаются киловатт-часы (кВт·ч) — единица из квитанции.

Прибор на 2 кВт, работающий полчаса: $2 \times 0{,}5 = 1$ кВт·ч.

Блок 3. Считаем деньги

\text{Стоимость} = E \cdot \text{тариф}

Тариф узнаём из квитанции (в среднем по стране 4–7 ₽ за кВт·ч — возьми свою цифру, расследование должно быть про твой дом).

Разберём крючок.

Прибор	Мощность	Время в день	Энергия за день	За месяц
Чайник	2000 Вт	15 мин = 0,25 ч	0,5 кВт·ч	15 кВт·ч
Компьютер	150 Вт	8 ч	1,2 кВт·ч	36 кВт·ч

Компьютер всё-таки съедает больше — но разница не в 30 раз, как можно было подумать по времени работы, а всего в 2,4 раза. Мощность чайника это почти компенсирует.

Ключевая идея. Чтобы понять, сколько прибор «ест», недостаточно знать только мощность или только время. Нужно перемножить. Это единственная формула расследования, и она объясняет всю квитанцию.

Блок 4. Правда про зарядку в розетке

Современная зарядка без телефона потребляет примерно 0,1–0,3 Вт. Посчитаем за год:

0{,}2 \text{ Вт} \times 24 \times 365 = 1752 \text{ Вт} \cdot \text{ч} \approx 1{,}75 \text{ кВт} \cdot \text{ч}

При тарифе 5 ₽ это меньше 10 рублей в год.

То есть родители правы формально (потребление есть) и не правы по масштабу (это копейки). А вот старые зарядки и блоки питания старой техники могли есть в 10–20 раз больше — оттуда правило и пошло.

Важно. Вынимать зарядку из розетки всё равно стоит — но не ради экономии, а ради пожарной безопасности: дешёвые блоки питания греются и иногда загораются. Правильный аргумент лучше неправильного, даже если вывод тот же.

Блок 5. Куда энергия девается

Энергия не исчезает — она превращается:

Прибор	Во что превращает	Полезно?
Чайник, обогреватель	тепло	да, это цель
Лампа накаливания	свет ~5%, тепло ~95%	в основном впустую
Светодиодная лампа	свет ~40%, тепло ~60%	гораздо лучше
Компьютер	вычисления + тепло	тепло — побочный продукт

Поэтому светодиодные лампы и «экономят»: они не делают больше света, они меньше греют воздух впустую.

4. Концептуальный чек-ап

Чем отличается мощность от энергии? За что мы платим по квитанции?
Лампочка 10 Вт горит сутки. Чайник 2000 Вт работает 3 минуты. Что потратит больше энергии? Посчитай.
Почему лампа накаливания греется сильнее светодиодной при одинаковой яркости?
Если прибор потребляет 0,2 Вт круглосуточно — это много или мало? Как ты решаешь, много это или мало?
Предскажи до расчёта: что за месяц дороже — телевизор (100 Вт, 4 часа в день) или холодильник (150 Вт, но включается только треть времени)?

5. Разбор: считаем прибор по шагам

Задача. Сколько стоит в месяц забытый в коридоре свет — лампа 60 Вт, горящая 6 часов в день зря?

Шаг 1. Переводим в киловатты

60 Вт = 0,06 кВт. (Делим на 1000 — в киловатте тысяча ватт.)

Шаг 2. Считаем энергию за день

$0{,}06 \times 6 = 0{,}36$ кВт·ч в день.

Шаг 3. Считаем за месяц

$0{,}36 \times 30 = 10{,}8$ кВт·ч.

Шаг 4. Переводим в деньги

При тарифе 5 ₽: $10{,}8 \times 5 = 54$ ₽ в месяц. За год — почти 650 ₽.

Шаг 5. Проверка здравым смыслом

Много это или мало? Сравни с чем-то понятным: это примерно один поход в кино в год за свет в пустом коридоре. Теперь замени лампу на светодиодную 8 Вт — и посчитай заново.

6. Практика

Критически важно. Мы НЕ лезем в розетку 220 В. Никогда, ни при каких условиях, ни одним прибором. Всё измерение бытовых приборов делается либо по паспортной табличке, либо готовым бытовым ваттметром, который включает в розетку учитель.

Своими руками мы измеряем только низковольтные цепи от батареек — там безопасно и там же понятна физика.

Сборка A — «Измеритель тока» (базовая, уносится домой)

Что собрать: цепь из батарейного отсека, светодиода и резистора, но мультиметр включён в разрыв цепи в режиме измерения тока (мА).

Это важный технический навык: вольтметр подключают параллельно, амперметр — в разрыв, последовательно. Перепутал — в лучшем случае ничего, в худшем сгорит предохранитель мультиметра.

Что измерить:

Что в цепи	Ток, мА	Напряжение, В	Мощность = U·I, мВт
Светодиод + 330 Ом
Светодиод + 1 кОм
Два светодиода
Моторчик (из донорской техники)

Довести до предела: меняй резистор и следи, как меняются ток и яркость. Построй мини-график «сопротивление → ток». Это закон Ома, увиденный руками.

Сборка B — «Паспортная перепись дома» (главная, домашняя)

Что делать: обойти квартиру и переписать мощность приборов. Она написана на табличке сзади/снизу или в паспорте: «1800 W», «Вт», иногда через ток «5 A» (тогда $P = 220 \times 5$ ).

Прибор	Мощность, Вт	Часов в день	кВт·ч в месяц	₽ в месяц
Чайник
Холодильник
Телевизор
Компьютер
Освещение
Стиральная машина

Главный вопрос: сложи всё и сравни с реальной квитанцией. Сошлось? Расхождение в 1,5–2 раза — нормально (мы не учли всё), в 10 раз — где-то ошибка, ищи.

Тонкость с холодильником. Он не работает непрерывно: компрессор включается циклами, примерно треть времени. Поэтому его «часы в день» — не 24, а около 8. Это отличный повод обсудить, что паспортная мощность и реальное потребление — разные вещи.

Сборка C — «Расследование квитанции» (доказательная)

Что делать: взять дома реальную квитанцию за месяц и разобрать её.

Сколько кВт·ч потрачено?
Какой тариф?
По твоей переписи — какие три прибора дают самый большой вклад?
Что можно изменить, чтобы сэкономить 10%? Посчитай, а не угадывай.

Главный вопрос расследования: совпадает ли то, что «все знают» про экономию («выключай зарядку!»), с тем, что показывает расчёт? Обычно нет: реальная экономия почти всегда в отоплении, нагреве воды и освещении, а не в зарядках.

Довести до предела: посчитай, за сколько окупится замена всех ламп накаливания в квартире на светодиодные. Нужна цена лампы, мощность старой и новой, часы работы. Это настоящий инженерно-экономический расчёт.

7. Разноуровневые задания

Воспроизведение.

В чём измеряется мощность? В чём энергия? За что платят по квитанции?
Переведи: 1500 Вт в киловатты; 0,25 кВт в ватты.
Как правильно включать амперметр в цепь — параллельно или в разрыв?

Понимание.

Лампа 60 Вт горит 10 часов. Обогреватель 2000 Вт работает 20 минут. Что потратило больше? Покажи расчётом.
Почему лампа накаливания «невыгодна», хотя светит так же ярко, как светодиодная меньшей мощности?
Зарядка в розетке ест 0,2 Вт. Объясни родителям с числами, стоит ли ради этого её вынимать — и какой аргумент в пользу «вынимать» всё-таки верный.

Применение.

Семья получила квитанцию на 4500 ₽ и хочет снизить её на 15%. У тебя есть перепись приборов. Составь план: (а) какие три меры дадут наибольший эффект — с расчётом, а не «на глаз»; (б) сколько стоит внедрить каждую; (в) за сколько месяцев окупится; (г) какая мера кажется очевидной, но даст меньше 1% — и почему её всё равно предлагают.

8. Итог

Вернёмся к крану и счётчику. Мощность — насколько открыт кран сейчас. Энергия — сколько набежало за время. Платим за второе, а спорим дома обычно про первое.

Теперь ты умеешь считать любой прибор в доме и отвечать на вопрос «сколько это стоит» цифрой, а не догадкой. И знаешь, что народная мудрость про зарядку верна по факту, но ошибается на два порядка по масштабу — а верный аргумент там совсем другой, про пожарную безопасность.

Домой. Измеритель твой. Посчитай свою квитанцию по-настоящему: перепиши приборы, прикинь часы, сложи. Найди в своей квартире прибор, который ест больше всего денег в месяц. Готов поспорить, это будет не то, о чём ты думал.

Мостик. Мы считали руками и по табличкам. Но настоящие приборы учёта меряют сами и непрерывно — и именно это мы построим в старших классах: узел, который сам следит за параметром и сам записывает данные. А следующее расследование ты придумаешь сам: у тебя уже четыре прибора и четыре метода. Вопрос — что ты хочешь узнать?

🧑‍🏫 Карточка учителя

Банк вопросов и типичных ошибок, тайминг занятия, ТБ, что делать, если пошло не так, и метапредметные выходы — кому из коллег что сказать про это расследование.