13. Изложить понятие энергии, мощности и коэффициента полезного действия приемника электрической энергии.

Приемники электрической энергии, электрическую энергию превращают в другие виды энергии — тепловую, механическую, химическую, лучистую и пр.

Мерой количества энергии является работа. Работа W, совершаемая электрическим током за время t при известном напряжении U силе тока I, равна произведению напряжения на силу тока и на время его действия: W = UIt. Работа, совершаемая электрическим током силой 1 А при напряжении 1 В в течение 1 с, принята за единицу электрической энергии. Эта единица называется джоулем (Дж). Джоуль, который называют также ватт-секундой (Вт*с), — очень маленькая единица измерения, поэтому на практике для измерения электрической энергии приняты более крупные единицы — ватт-час (1 Вт*ч = 3600 Дж), киловатт-час (1 кВт*ч = 1000 Вт*ч = 3,6*10⁶ Дж), мегаватт-час (1 МВт*ч=1000 кВт*ч=3,6*10⁹ Дж).

Электрическая мощность. Энергия, получаемая приемником или отдаваемая источником тока в течение 1 с, называется мощностью. Мощность Р при неизменных значениях U и I равна произведению напряжения U на силу тока I: P = UI.

Коэффициент полезного действия. Отношение мощности, отдаваемой источником или приемником электрической энергии, к получаемой им мощности, называется коэффициентом полезного действия источника или приемника. Коэффициент полезного действия: ? = P₂/P₁ = P₂/(P₂ + ?P), где

Р2 — отдаваемая (полезная) мощность;

Р1 — получаемая мощность;

?Р — потери мощности.

Коэффициент полезного действия всегда меньше единицы, так как в любой машине и любом аппарате имеются потери энергии. Иногда коэффициент полезного действия выражают в процентах.

14. Изложить сущность закона Джоуля - Ленца. Объяснить его применение.

Закон Джоуля – Ленца - физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Закон установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем.

Закон: Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля.

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах: Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка.

Этот закон устанавливает строгую зависимость между теплотой, которую выделяет проводник и силой тока. Благодаря ему можно рассчитывать электроприборы и выделяемую ими теплоту: утюги, всякие провода. Можно узнать - не расплавится ли проводка при данном токе.

15. Охарактеризовать режимы работы электрических цепей, объяснить работу электрической цепи в номинальном и рабочем режиме.

Электрическая цепь – это совокупность устройств и объектов, образующих путь электрического тока.

Для электрической цепи наиболее характерными являются ре­жимы работы: нагрузочный, холостого хода и короткого замыкания.

Режим работы электрической цепи – это ее электрическое состояние. Режим работы определяется величинами токов, напряжений и мощностей ее отдельных элементов.

Режимы работы электрической цепи:

• Режим короткого замыкания. В режиме короткого замыкания источник питания замкнут накоротко. Режим является аварийным. Ток короткого замыкания КЗ во много раз превышает значение номинального тока.

Rн = 0 I = max

• Режим холостого хода. В режиме холостого хода источник питания отсоединен от нагрузки и работает вхолостую. Сопротивление внешнего участка цепи и ток равен 0.

Rн = ∞

• Режим согласованной нагрузки. Свойства электрической цепи – наибольшая мощность нагрузки развивается источником, когда сопротивление нагрузки ровно внутреннему сопротивлению источника.

R_н = I₀

Номинальный режим. В номинальном режиме элементы электрической цепи характеризуются номинальными величинами токов , напряжений и мощности , на которые эти элементы рассчитаны заводом – изготовителем для нормальной работы. Номинальные величины обычно указываются в паспорте устройства.

Режим работы, при котором токи, напряжения и мощности элементов электрических цепей соответствуют их номинальным величинам, называется номинальным (нормальным). Отклонения от номинального режима нежелательны.

Рабочий режим. Если в электрической цепи действительные характеристики режима (l, U, P) отличаются от номинальных величин, но отклонения находятся в допустимых пределах, то режим называется рабочим.