Работа и мощность электрического тока
Способность тела производить работу называется энергией этого тела. Энергия не исчезает, а переходит из одной формы в другую. Электрическая энергия может быть превращена в механическую, тепловую, химическую и т.д. Энергия тела тем больше, чем большую работу может произвести это тело при своем движении.Для переноса зарядов в замкнутой цепи источник электрической энергии затрачивает известную энергию и совершает работу, Дж:
где Е — ЭДС источника, В; q — количество электричества, Кл.
Однако не вся работа, произведенная источником энергии, сообщается приемнику энергии, так как часть ее расходуется на преодоление внутреннего сопротивления источника и проводов. Таким образом, источник электрической энергии производит полезную работу
где U — напряжение на зажимах приемника, В.
При неизменном токе количество электричества равно произведению силы тока в цепи на время его прохождения:
Тогда формулу работы можно представить в следующем виде:
Работа электрического тока равна произведению напряжения, силы тока в цепи и времени его прохождения.
Согласно закону Ома U=IR поэтому формулу работы можно записать следующим образом.
Однако ни одна из указанных формул не определяет размеров генератора электрической энергии, от которого получена эта работа, так как и большой, и малый генераторы могут производить одинаковую работу, но в различные промежутки времени. Поэтому размеры генератора определяются не выполненной работой, а его мощностью. Это относится к любому электротехническому аппарату и любой машине (электродвигатели, электрические лампы, нагревательные приборы и т. д.)
Мощностью называется работа произведенная или потребляемая в 1с .
Мощность можно представить следующей формулой:
Единицей измерения мощности является ватт (Вт):
1 Вт = 1 ООО мВт = 1 ООО ООО мкВт.
Для измерения больших мощностей применяют мега- и киловатты:
1 МВт = 1 ООО кВт = 1 ООО ООО Вт.
Так как ватт-секунда (джоуль) является малой единицей, то работа обычно выражается в более крупных единицах: ватт-часах [Вт *ч] и киловатт-часах [кВт-ч]. Соотношения между этими единицами и джоулем следующие:
1 Вт • ч = 3 600 Дж; 1 кВт • ч = 3 600 ООО Дж
Мощность во внешней цепи при напряжении U на зажимах генератора
Для измерения мощности электрического тока применяется прибор, называемый ваттметром
Запомните
Сопротивление внешней цепи R, при котором источник энергии отдает приемнику наибольшую мощность, равно внутреннему сопротивлению источника:
Однако при равенстве внутреннего сопротивления генератора сопротивлению внешней цепи полезная мощность генератора недостаточна и работа его в таких условиях неэкономична, так как половина всей мощности, развиваемой генератором, затрачивается на преодоление его внутреннего сопротивления.
Пример.4. Источник энергии с ЭДС Е= 120 В и внутренним сопротивлением = 10 Ом замыкается на нагрузку, сопротивление которой последовательно принимает следующие значения: R = 50: 20; 10; 5 Ом.Определить мощность, отдаваемую источником энергии во внешнюю ‘Цепь, при различных сопротивлениях нагрузки.
Решение
Сила тока в замкнутой цепи
Мощность во внешней цепи
При R=50 Ом
При R=20 Ом
При R=10 Ом
При R=5Ом
Из приведенного расчета видим, что наибольшая мощность во внешней цепи 360 Вт будет при сопротивлении нагрузки, равном внутреннему сопротивлению источника энергии, т.е. при R = = 10 Ом.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. По каким действиям можно судить о работе электрического тока?
2. В каких единицах измеряется работа электрического тока?
3. Что называется электрической мощностью и в каких единицах она из
меряется?
4. При каких условиях источник электрической энергии отдает приемнику наибольшую мощность?