Робота і потужність електричного струму
Електричний струм, проходячи по колу, здійснює роботу, причому U = A/Q. Звідси випливає, що робота електричного струму A=QU. Підставивши сюди величину заряду Q = It, матимемо А = UIt, де А — робота джерела, Дж; U — напруга джерела, В; I — струм у колі, А; t — час дії струму, с. Одиницею роботи є джоуль (Дж). Робота, яка здійснюється в електричному колі, дорівнює одному джоулю, якщо при напрузі в один вольт у колі проходить струм в один ампер за секунду: Дж = В •А •с. Застосовуючи закон Ома, з формули дістаємо A=UIt=I2Rt=U2t/R. Джерело електричної енергії здійснює роботу на зовнішній і внутрішній ділянках кола. Тому повна робота електричного кола A=EIt=(U+Uo)It= UIt+ U0It=UIt+I2Rit. При роботі джерела електрична енергія перетворюється в інші види енергії. Прилад, яким вимірюють роботу електричного струму, називається електролічильником. Потужність електричного струму. Потужність електричного струму характеризує швидкість перетворення електричної енергії в інші види і визначається роботою, виконуваною за одиницю часу. Потужність, яка використовується споживачем, називається корисною потужністю і визначається за формулою Р = А/t = UIt/t = UI. Застосовуючи закон Ома, маємо: P=UI=I2R=U2/R. Одиницею потужності є ват (Вт). Один ват — це потужність, при якій за одну секунду виконується робота в один джоуль: Вт = В А с= Дж/с. Прилад, яким вимірюється потужність, називається ватметром, він одночасно враховує і струм, і напругу. Схему включення ватметра в електричне коло подано на рис. Якщо ватметр включено в електричне коло, то між котушками виникає електродинамічна взаємодія, рухома котушка відхиляється, і стрілка, закріплена на осі цієї котушки, показує корисну потужність. Уся потужність джерела електричної енергії називається повною потужністю, або потужністю джерела (Рд), Рд=EI=(U+U0)I=UI+I2Ri=P+Pви , де Рд—повна потужність джерела, Вт; Р — корисна потужніють на навантаженні; Рвн — потужність на внутрішньому опорі джерела. Корисною потужністю (Р) називається потужність, яка віддається джерелом на зовнішнє коло споживання, P=UI. Внутрішньою потужністю втрат (Рви) називається потужність, витрачена на нагрівання всередині джерела енергії. Проте цей підхід виправданий для кіл з малим опором проводів. Для довгих ліній передачі електроенергії слід враховувати опір проводів Rп і додавати до Ri: Rвт=Ri + Rn, де Rвт— загальний опір втрат, 0м; Ri — внутрішній опір джерела, 0м; Rn — опір провідників, 0м. Щоб дістати максимальну потужність на навантаженні, слід створити узгоджений режим включення генератора, тобто внутрішній опір джерела (разом з опором проводів) повинен дорівнювати опору навантаження. Тоді на навантаженні виділяється потужність P=E2/4Ri , яка і є максимальною. При цьому треба враховувати і ККД генератора електричної енергії. При максимальній потужності на навантаженні генератора його ККД становить 50 %. Збільшити ККД можна, збільшивши опір навантаження, а зменшити — зменшивши опір. При цьому відповідно зменшуватиметься корисна потужність. Оптимальні режими включення вибирають залежно від потреб і умов. Теплові дії електричного струму. Одним з видів перетворення електричної енергії в інші види є перетворення електричної енергії в теплову. Кількість тепла, що виділяється в провідниках, визначається законом Джоуля — Ленца: Q=I2Rt , де Q — кількість тепла, Дж; I — струм у провіднику, А; R —опір провідника, 0м; t — час, с. Кількість тепла, що виділяється струмом у провіднику при сталому опорі, прямо пропорційна опору провідника, квадрату величини струму і часу його проходження. Теплова енергія, яка виділяється, нагріває провідники i навколишнє середовище. Температура провідників підвищується до рівноваги, коли теплова енергія, що надходить у навколишнє середовище, стає такою, що дорівнює енергії, яка виділяється провідниками. Температура, при якій наступає рівновага, називається сталою. Час, протягом якого провідники нагріваються до сталої температури, залежить від їх геометричних розмірів і фізичних властивостей, а також від ізолюючих матеріалів і умов охолодження провідників. Припустимим струмом називається така величина струму, коли встановлюється найбільша стала температура. При непередбачених великих навантаженнях або при короткому замиканні в електричних колах різко збільшується струм, що призводить до значного підвищення температури провідників. Щоб захистити споживачів і провідники від високої температури, а джерело електроенергії — від надмірного перевантаження, застосовують різні запобіжники, зокрема, плавкі запобіжники, які розраховані на струм певної величини. Якщо струм збільшується, дріт запобіжника перегорає і електричне коло відключається. Є також автоматичні запобіжники, розраховані на певні умови і параметри електричних величин. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|