Электрическая энергия и электрическая мощность.


Электрический ток. Законы Кирхгофа

Величины, характеризующие синусоидальный ток Если рамка замкнута на внешнюю цепь, то по ней проходит ток, который, как и ЭДС, называется синусоидальным. Синусоидальная ЭДС, ток и напряжение характеризуются следующими величинами: амплитуда — максимальное значение синусоидальной величины, период — наименьший интервал времени, по истечении которого значение периодически изменяющегося электрического тока повторяется.

Электрическая энергия и электрическая мощность

Электрическая энергия

Рис. 1.13

 Изобразим схему простейшей электрической цепи, состоящей из источника ЭДС с внутренним сопротивлением  и приемника с сопротивлением  (рис. 1.13).

 Из закона Ома (1.9)

.

  Учитывая, что , запишем

.  (1.13)

 Умножим левую и правую части уравнения на

,  (1.14)

где  – работа (энергия) источника.

 Так как , то  (1.15) 

где   – энергия, передаваемая потребителю;  – энергия, расходуемая на потери во внутреннем сопротивлении источника.

 Следует отметить, что работа и энергия – понятия равноценные. Энергия – способность источника совершать работу. Чтобы измерить энергию источника, надо измерить работу, которую он совершает, расходуя эту энергию.

 Размерность энергии  В·А·с = Дж.

 На практике за единицу энергии принимают 1 кВт·ч = 3600000 Дж.

 1.5.2. Электрическая мощность

 Электрическая мощность – это физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии

 (1.16)

 Размерность мощности – ватт (вт). 1 вт – мощность, при которой за одну секунду совершается работа в один джоуль.

 Мощность, отдаваемая (полезная) источником энергии потребителю (приемнику)

  (1.17)

 Потери мощности во внутреннем сопротивлении

.  (1.18)

 При работе источника на нагрузку в виде сопротивления преобразование электрической энергии в электрическую мощность выражают с помощью закона Джоуля-Ленца. Мощность, выделяемая (или потребляемая) в сопротивлении R:

.

КПД источника энергии Отношение мощности приемника (полезной мощности)  к мощности источника энергии   называется его коэффициентом полезного действия (КПД):   (1.19).

Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС Рассмотрим участок цепи, содержащий сопротивление и ЭДС (рис. 1.14).

Законы Кирхгофа Законы Кирхгофа устанавливают соотношения между токами и напряжениями в разветвленных электрических цепях произвольного типа.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Переменный ток

Переменный электрический ток — электрический ток, пери­одически изменяющийся с течением времени. В электрических сетях используется синусоидальный переменный ток, который возникает в цепи под действием синусоидальной ЭДС. Синусо­идальная ЭДС создается за счет явления электромагнитной ин­дукции в рамке, которая вращается с постоянной скоростью V в однородном магнитном поле с индукцией В (рис. 4.1, а).

 Величина индуктированной ЭДС

e=BVlsina, (4.1)

где l - длина активной стороны рамки, т. е. стороны, пересека­ющей магнитное поле; a - угол, под которым активная сторона рамки пересекает магнитное поле или угол поворота рамки от­носительно нейтральной плоскости ОО' (рис. 4-.1, а).

Когда рамка находится в нейтральной плоскости (a = 0), ин­дуктированная ЭДС равна нулю. Когда рамка пересекает маг­нитное поле под углом 90° (a=90°), индуктированная ЭДС имеет максимальное значение. Зависимость ЭДС в рамке от угла пово­рота а показана на волновой диаграмме (рис. 4.1, б).


Цепи несинусоидального тока