6.Работа и мощность электрической цепи, баланс мощности, кпд.
РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Работа электрического тока показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику.
Зная
две формулы:
I = q/t ..... и ..... U = A/q
можно
вывести формулу для расчета работы
электрического тока:
Работа
электрического тока равна
произведению силы тока на напряжение
и
на время протекания тока в цепи.
Единица измерения работы электрического тока в системе СИ: [ A ] = 1 Дж = 1A. B . c
МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Мощность электрического тока показывает работу тока, совершенную в единицу времени и равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена.
(мощность в механике принято обозначать буквой N, в электротехнике — буквой Р) так как А = IUt, то мощность электрического тока равна:
или
Единица мощности электрического тока в системе СИ:
[ P ] = 1 Вт (ватт) = 1 А . B
Баланс мощностей в электрической цепи
|
|
Согласно закону Джоуля—Ленца работа, совершаемая постоянным током в сопротивлении,
Если в рассматриваемой ветви вместо резистора включен какой-либо другой преобразователь электромагнитной энергии в механическую или химическую, или другую форму энергии (электрический двигатель, заряжающийся аккумулятор и т.п.), работу, проделанную током за время t, можно подсчитать в том случае, если известно напряжение на преобразователе. В этом случае формула Джоуля—Ленца приобретает другой вид:
При постоянном токе мощность, поступающая в участок цепи с сопротивлением r, определяется выражением:
где I, U и r сохраняют тот же смысл, что и в формуле Джоуля—Ленца. Мощность, расходуемая во всей внешней цепи, и мощность, отдаваемая генератором, одна и та же величина. Мощность, развиваемая генератором, всегда больше той, которую генератор отдает во внешнюю цепь, так как часть мощности расходуется на покрытие потерь внутри самого генератора. Выражение баланса мощностей для одиночного замкнутого контура, содержащего генератор с э.д.с. Е и внутренним сопротивлением ri и резистор с сопротивлением r, можно получить из уравнения Кирхгофа. Для этого контура
Если обе части этого равенства умножить на ток в цепи, то полученное уравнение и будет представлять собой баланс мощностей в данном контуре
Мощность, развиваемая генератором, равна сумме мощностей теряемой внутри генератора и отдаваемой во внешнюю цепь. Р0 = EI - мощность, развиваемая генератором, Pe = UI=I2r - мощность, отдаваемая генератором во внешнюю цепь, и Pi — I2ri - мощность, теряемая внутри самого генератора. При выборе одинаковых положительных направлений тока через двухполюсник I и напряжения на двухполюснике U мощность, потребляемая двухполюсником, т. е. Произведение UI, должно быть положительно. Если же при этом окажется, что произведение UI отрицательно, это будет означать, что двухполюсник не потребляет электромагнитную энергию, а наоборот является генератором электромагнитной энергии и отдает эту энергию в электрическую цепь Коэффициент полезного действия в электрической цепи служит для оценки свойств преобразователя энергии. КПД определяется как отношение полезной мощности источника или приемника электрической энергии P2 к мощности, потребляемой им P1.
где ΔP - мощность расходуемая на преодоление потерь энергии в источнике или приемнике электрической энергии. Выражение для расчета КПД показывает, что коэффициент полезного действия источника или приемника электрической энергии тем выше, чем меньше потери энергии в нем.
7.Преобразование электрической энергии в тепловую. Закон Джоуля-Ленца, его практическое применение. Преобразование электрической энергии в другие виды энергий
Закон Джо́уля — Ле́нца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцем
В словесной формулировке звучит следующим образом[2] Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании постоянного электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля.
|
Преобразование электрической энергии в тепловую имеет большое практическое значение и широко используется в различных нагревательных приборах как в промышленности, так и в быту. Однако часто тепловые потери являются нежелательными, так как они вызывают непроизводительные расходы энергии, например в электрических машинах, трансформаторах и других устройствах, что снижает их КПД.
Преобразование электрической энергии в механическую с помощью электродвигателей позволяет наиболее удобно, технически совершенно и экономически эффективно приводить в движение разнообразные рабочие машины и механизмы в промышленности, сельском хозяйстве. На транспорте с помощью электродвигателей приводятся в движение поезда, морские и речные суда.
Преобразование электрической энергии в магнитную происходит в процессе изменения тока в обмотке электромагнита
Преобразование электрической энергии в световую впервые в мире осуществлено в 1802 г. выдающимся русским физиком и электротехником академиком Василием Владимировичем Петровым. Экспериментируя с источником электрического тока - вольтовым столбом, В. В. Петров обнаружил, что между двумя угольными электродами при пропускании через них электрического тока возникает яркое свечение. Уже тогда, на заре возникновения новой отрасли технических знаний - электротехники, Петров понимал огромное практическое значение открытого им явления.
Преобразование электрической энергии в другие виды энергии, например в тепловую, механическую или химическую, всегда связано с использованием электрического тока.