Основные сведения о мощности электрического тока

Электрическая энергия.В природе и технике непрерывно происходят процессы превращения энергии из одного вида в другой (рис. 30).

В источниках электрической энергии различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. Например, в электрических генераторах 1, приводимых во вращение каким-либо механизмом, происходит превращение в электрическую энергию механической, в термогенераторах 2 — тепловой, в аккумуляторах 9 при их разряде и гальванических элементах 10 — химической, в фотоэлементах 11 — лучистой.Приемники электрической энергии, наоборот, электрическую энергию превращают в другие виды энергии — тепловую, механическую, химическую, лучистую и пр. Например, в электродвигателях 3 электрическая энергия превращается в механическую, в электронагревательных приборах 5 — в тепловую, в электролитических ваннах 8 и аккумуляторах 7 при их заряде — в химическую, в электрических лампах 6 — в лучистую и тепловую, в антеннах 4 радиопередатчиков — в лучистую.

Рис. 30. Пути превращения энергии из одного вида в другой

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 (29)

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*106Дж), мегаватт-час (1 МВт*ч=1000 кВт*ч=3,6*109Дж).

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 (30)

Используя закон Ома для определения силы тока и напряжения в зависимости от сопротивления R и проводимости G, можно получить и другие выражения для мощности. Если заменить в формуле (30) напряжение U=IR или силу тока I=U/R=UG, то получим

P = I2R(31)

или

P = U2/R = U2G(32)

Следовательно, электрическая мощность равна произведению квадрата силы тока на сопротивление, или электрическая мощность квадрату напряжения, поделенному на сопротивление, либо квадрату напряжения, умноженному на проводимость.

Мощность, которая создается силой тока 1 А при напряжении 1 В, принята за единицу измерения мощности и называется ватт (Вт). В технике мощность измеряют более крупными единицами: киловаттами (1 кВт =1000 Вт) и мегаваттами (1 МВт=1 000 000 Вт).

Потери энергии и коэффициент полезного действия.При превращении электрической энергии в другие виды энергии или наоборот не вся энергия превращается в требуемый вид энергии, часть ее непроизводительно затрачивается (теряется) на преодоление трения в подшипниках машин, нагревание проводов и пр. Эти потери энергии неизбежны в любой машине и любом аппарате.Отношение мощности, отдаваемой источником или приемником электрической энергии, к получаемой им мощности, называется коэффициентом полезного действия источника или приемника.

Коэффициент полезного действия (к. п. д.)

? = P2/P1= P2/(P2+ ?P)(33)

где

Р2— отдаваемая (полезная) мощность;Р1— получаемая мощность;?Р — потери мощности.

К. п. д.

всегда меньше единицы, так как в любой машине и любом аппарате имеются потери энергии. Иногда к. п.

д. выражают в процентах. Так, тяговые двигатели электровозов и тепловозов имеют к.

п. д. 86—92 %, мощные трансформаторы — 96—98 %, тяговые подстанции — 94—96 %, контактная сеть электрифицированных железных дорог — около 90 %, генераторы тепловозов — 92—94 %.Рассмотрим в качестве примера распределение энергии в электрической цепи (рис.

31). Генератор 1, питающий эту цепь, получает от первичного двигателя 2 (например, дизеля) механическую мощность Рmx= 28,9 кВт, а отдает электрическую мощность Рэл= 26 кВт (2,9 кВт составляют потери мощности в генераторе). Поэтому он имеет к.

п. д. ?ген= Рэл/Рmx= 26/28,9 = 0,9.

Мощность Рэл = 26 кВт, отдаваемая генератором, расходуется на питание электрических ламп (6 кВт), на нагрев электрических плиток (7,2 кВт) и на питание электродвигателя (10,8 кВт). Часть мощности ?Pпр= 2 кВт теряется на бесполезный нагрев проводов, соединяющих генератор с потребителями.

Рис. 31. Схема преобразования энергии в электрической цепи

В каждом приемнике электрической энергии также имеют место потери мощности.

В электрическом двигателе 3 потери мощности составляют 0,8 кВт (он получает из сети мощность 10,8 кВт, а отдает только 10 кВт), поэтому к. п. д.

?дв = 10/10,8 = 0,925. Из мощности 6 кВт, полученной лампами, лишь незначительная часть идет на Создание лучистой энергии, большая часть ее бесполезно рассеивается в виде тепла. В электрической плитке на нагрев пищи расходуется не вся полученная мощность 7,2 кВт, так как часть созданного ею тепла рассеивается в окружающем пространстве.

При рассмотрении электрических цепей наряду с определением токов и напряжений, действующих на отдельных участках, необходимо определять и передаваемую по ним мощность. При этом должен соблюдаться так называемый энергетический баланс мощностей. Это означает, что мощность, получаемая каким-либо устройством (источником тока или потребителем) или участком электрической цепи, должна быть равна сумме отдаваемой ими мощности и потерь мощности, которые возникают в данном устройстве или участке цепи.

Работа источника электроэнергии при перемещении заряда q вдоль некоторого участка равна про­изведению этого заряда на напряжение U между концами уча­стка:А = qU.Схема возникновения электрического тока в металлических проводниках.Если этот перенос зарядов производится равномерно в течение времени t током I, тоq = It,на основании чегоА = Ult,т. е. при неизменных напряжении и токе работа равна произве­дению напряжения на силу тока и на время.

Таким образом, еди­ница работы Дж = В х А х сек.Но для оценки энергетических условий важно, насколько бы­стро совершается работа. Отношение работы А к соответствую­щему промежутку времени tназывается мощностью Р. Та­ким образом, в электрической цепиP = A/t = UI,единица мощности ватт (Вт), Вт = (Дж : сек)= В х А.Схема движения потоков электронов.Ватт — это мощность, при которой за 1 сек совершается рабо­та в 1 Дж.

В СИ он используется как единица для самых различ­ных видов мощности. Для электрических цепей ватт есть мощность электрического тока в 1 А при напряжении на концах проводника в 1 В.Кратные единицы мощности: киловатт (кВт) = 1000 Вт и мегаватт (МВт) = 1 000 000 ВтОсновная единица энергии и работы, джоуль, слишком мала для измерений в электроэнергетических устройствах. Практической единицей электрической энергии служит киловатт-час (квт ч).Это работа, совершаемая при неизменной мощности в 1 кВт в течение 1 ч.

1 Вт х сек = 1 Дж,   1 Вт хч =  3600 Вт х сек = 3600 Дж. Следовательно, 1 кВт хч = 3 600 000 Дж.Выражение мощности электрического токаможно преоб­разовать, заменив в нем, на основании закона Оманапряжение U  =  Ir или ток I = Ug. Следовательно, можно составить три выражения мощности электрического тока:P = UI = I²r = U²gСледует применять то или другое выражение мощности в зависимости от условий исследуемой цепи.Одну и ту же мощность можно получить как при низком напряжении и большой силе тока, так и при высоком напряжении и малой силе тока.Рассмотрим, как влияет напряжение на распределение мощ­ности в простейшей системе передачи электроэнергии, состоящей из источника энергии, линии передачи и некото­рой нагрузки. Напряжение источника Uнскладывается из напря­жения нагрузки Un  и потери напряжения в проводах линии Irл.Следовательно,U = I ² Rл + UнСхема имерения силы и напряжения тока.Умножив это уравнение на силу тока I, получим уравнение распределения мощности в цепи:UI = Irл + UнI,где UI— мощность, отдаваемая источником электроэнергии;I2rЛ— потеря мощности в проводах линии (на нагревание);UнI — мощность, потребляемая нагрузкой.

Если, не изменяя мощности нагрузки, увеличить в два раза напряжение на ее зажимах путем повышения напряжения источника  то сила тока нагрузки должна быть уменьшена в два раза, т. е. до величины I’=1/2.Это вызовет уменьшение потерь мощно­сти в проводах линии в четыре раза:I 2rл = I 2/4 x rлhttp://fazaa.ru/www.youtube.com/watch?v=Mbt4OTgBRuwСледовательно, для уменьшения потерь в линии передачи желательно передавать электроэнергию при возможно более высоком напряжении.Поделитесь полезной статьей:

На сегодняшней встрече мы поведем разговор об электричестве, которое стало неотъемлемой частью современной цивилизации. Электроэнергетика вторглась во все сферы нашей жизни. А присутствие в каждом доме бытовых приборов, использующих электрический ток настолько естественная и неотъемлемая часть быта, что мы принимаем это как должное.

Итак, вниманию наших читателей предлагаются основные сведения об электрическом токе.

Что такое электрический ток

Под электрическим током понимают направленное движение заряженных частиц.Вещества, содержащие достаточное количество свободных зарядов, называют проводниками. А совокупность всех устройств, соединенных между собой помощью проводов называют электрической цепью.

В повседневной жизни мы используем электричество, проходящее по металлическим проводникам.Носителями заряда в них являются свободные электроны.

Обычно они хаотично мечутся между атомами, но электрическое поле вынуждает их двигаться в определенном направлении.

Как это происходит

Поток электронов в цепи можно сравнить с потоком воды, ниспадающей с высокого уровня на низкий. Роль уровня в электрических цепях играет потенциал.

Для Протекания тока в цепи на её концах должна поддерживаться постоянная разность потенциалов, т.е. напряжение.

Его принято обозначать буквой U и измерять в вольтах (B).

Благодаря приложенному напряжению в цепи устанавливается электрическое поле, которое и придаёт электронам направленное движение. Чем больше напряжение, тем сильнее электрическое поле, а значит и интенсивность потока направленно движущихся электронов.

Скорость распространения электрического тока равна скорости установления в цепи электрического поля, т.

е. 300 000 км/с, однако скорость электронов едва достигает лишь нескольких мм в секунду.Принято считать, что ток течёт от точки с большим потенциалом, т. е.

от (+) к точке с меньшим потенциалом, т. е. к (−).

Напряжение в цепи поддерживается источником тока, например батарейкой.Знак (+) на её конце означает, недостаток электронов, знак (−) их избыток, поскольку электроны — носители именно отрицательного заряда. Как только цепь с источником тока становиться замкнутой, электроны устремляются от места, где их избыток, к положительному полюсу источника тока. Их путь пролегает через провода, потребители, измерительные приборы и другие элементы цепи.Обратите внимание, направление тока противоположно направлению движения электронов.Просто направление тока по договоренности учёных определили до того как была установлена природа тока в металлах.

Некоторые величины, характеризующие электрический ток

Сила тока.Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 сек, называют силой тока. Для её обозначения используют букву I, измеряют в амперах (A).

Сопротивление.Следующая величина, о которой необходимо знать — это сопротивление. Оно возникает из-за столкновений направленно движущихся электронов с ионами кристаллической решетки.

В результате таких столкновений электроны передают ионам часть своей кинетической энергии. В результате чего проводник нагревается, а сила тока уменьшается. Сопротивление обозначается буквой R и измеряется в омах (Ом).

Сопротивление металлического проводника тем больше, чем длиннее проводник и меньше площадь его поперечного сечения. При одинаковой длине и диаметре провода наименьшим сопротивлением обладают проводники из серебра, меди, золота и алюминия. По вполне понятным причинам на практике используют провода из алюминия и меди.

Мощность.Выполняя расчёты для электрических цепей, иногда требуется определить потребляемую мощность (P).

Для этого следует силу тока, протекающую по цепи умножить на напряжение.

P=IU

Единицей измерения мощности служит ватт (Вт).

Постоянный и переменный ток

Ток, даваемый разнообразными батарейками и аккумуляторами, является постоянным. Это означает, что силу тока в такой цепи можно изменять лишь по величине, меняя различными способами её сопротивление, а его направление при этом сохраняется неизменным.

Но большинство электробытовых приборов потребляют переменный ток,т. е. ток величина и направление которого непрерывно изменяются по определенному закону.

Он вырабатывается на электростанциях, а затем через линии высоковольтных передач попадает в наши дома и на предприятия.

В большинстве стран частота изменения направления тока равна 50 Гц, т.

е происходит 50 раз в секунду. При этом каждый раз сила тока постепенно нарастает, достигает максимума, затем убывает до 0. Затем этот процесс повторяется, но уже при противоположном направлении тока.

В США все приборы работают на частоте 60 Гц. Интересная ситуация сложилась в Японии. Там на одной трети страны используют переменный ток с частотой в 60 Гц, а на остальной части — 50 Гц.

Осторожно — электричество

Поражения электрическим током можно получить при использовании электробытовых приборов и от ударов молнии, поскольку человеческий организм хороший проводник тока.Нередко электротравмы получают, наступив на лежащий на земле провод или отодвинув руками отвисшие электрические провода.

Напряжение свыше 36 В считается опасным для человека. Если через тело человека пройдет ток всего лишь в 0,05 А, он может вызвать непроизвольное сокращение мышц, которое не позволит человеку самостоятельно оторваться от источника поражения. Ток в 0,1 А смертелен.

Ещё опаснее переменный ток, поскольку оказывает более сильное воздействие на человека. Этот наш друг и помощник в ряде случаев превращается в беспощадного врага, вызывая нарушение дыхания и работу сердца, вплоть до его полной остановки.

Он оставляет страшные метки на теле в виде сильнейших ожогов.Как помочь пострадавшему? Прежде всего, отключить источник поражения. А затем уже позаботиться об оказании первой медицинской помощи.Наше знакомство с электричеством подходит к концу.Добавим лишь несколько слов о морских обитателях, обладающих «электрическим оружием».

Это некоторые виды рыб, морской угорь и скат. Самым опасным из них является морской угорь.Не стоит подплывать к нему на расстояние менее 3 метров. Удар его не смертелен, но сознание можно потерять.Автор: Драчёва Светлана СемёновнаЕсли это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя в группе ВКонтакте.

А ещё — спасибо, если ты нажмёшь на одну из кнопочек «лайков»: В любой замкнутой электрической цепиисточник затрачивает электрическуюэнергию Wистна перемещение единицы положительногозаряда по всей цепи: и на внутреннем ина внешнем участках. и;Энергия источника определяетсявыражением: Wист=Eq=EIt=(U0+U)It;Энергия источника (полезная), котораярасходуется на потребителе: W=UIt;Энергия источника (потери), котораярасходуется на внутреннем сопротивленииисточника: W=U0It;Преобразование электрической энергиив другие виды энергий происходит сопределенной скоростью. Эта скоростьопределяет электрическую мощностьэлементов электрической цепи:;Мощность источника определяетсясоотношением:Мощность потребителя определяетсясоотношением:Коэффициент полезного действияэлектрической цепиηопределяетсяотношением мощности потребителя кмощности источника:

Закон Джоуля – Ленца

Ток, протекая по проводнику, нагреваетего (в этом случае электрическая энергияпреобразуется в тепловую). Количествовыделенного тепла будет определятьсяколичеством электрической энергии,затраченной в этом проводнике.

Дж.

(кал).

Коэффициент 0,24 (электротермическийэквивалент) устанавливает зависимостьмежду электрической и тепловой энергией.

Часть3: Режимы работы электрических цепей

В электрических цепях все основныеэлементы делятся на активные и пассивные.Активными считаются элементы, в которыхпреобразование энергии сопровождаетсявозникновением ЭДС (аккумуляторы,генераторы). Элементы, в которых ЭДС невозникает, называются пассивными.

Параметры электрических цепей:

Ток в замкнутой цепи ;

Напряжение на клеммах источника ;

Падение напряжения на сопротивленииисточника ;

Полезная мощность (мощность потребителя).

Электрические цепи могут работать втрех режимах:

режим холостого хода (цепь разомкнута) R=∞:Iхх=0,U=E, U0=0, P=0.режим короткого замыкания R=0:режим нагрузки R≠0:;;;.

Условие максимальной отдачи мощности:полезная мощность максимальна, когдасопротивление потребителя Rстанет равным внутреннему сопротивлениюисточника R0.

КПД при максимальной отдаче мощностиравно 50%, к 100% КПД приближается в режиме,близком к холостому ходу.

Нормальным (рабочим) режимом называюттакой режим работы цепи, при которомток, напряжение и мощность не превышаютноминальных значений, заданныхзаводом-изготовителем.

Источники тока могут работать в режимегенератора и в режиме нагрузки. Источники,ЭДС которых совпадают с направлениемтока в цепи, работают в режиме генератора,а источники , ЭДС которых не совпадаютс направлением тока, работают в режимепотребителя.

Напряжение источника, работающего врежиме генератора: .

Напряжение источника, работающего врежиме потребителя: .

Тема 1.3

Расчет электрических цепей постоянноготока

Основной целью расчета электрическойцепи является нахождение ее параметров:ток, напряжение, сопротивление, мощность,КПД. Значения параметров дают возможностьоценить условия и эффективность работыэлектротехнического оборудования иприборов во всех участках электрическойцепи.

Для расчета электрических цепей основойслужат законы Ома и Кирхгофа, Джоуля-Ленца.

Законы Кирхгофа

К характерным элементам электрическойцепи относятся ветвь, узел, контур.

Ветвью электрической цепи называетсяее участок, на всем протяжении котороговеличина тока имеет одинаковое значение.Ветви, которые содержат источникипитания называются активными, а которыене содержат их – пассивными.

Узлом электрической цепи называетсяточка соединения электрических ветвей.

Контуром электрической цепи называютзамкнутое соединение, в которое могутвходить несколько ветвей.

Первый закон Кирхгофа

Сумма токов входящих в узел равна сумметоков, выходящих из узла. ИЛИ Сумматоков, сходящихся в узле равна нулю.

∑I=0; – математическоевыражение первого закона Кирхгофа.

Второй закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма ЭДС в замкнутомконтуре электрической цепи равна алгебраической сумме падений напряженийна всех участках этой цепи.

; – математическое выражение второгозакона Кирхгофа.

Последовательное соединениепотребителей

Последовательным соединением участковэй цепи называют соединение, при которомчерез все участки цепи проходит один итот же ток.

Общее напряжение последовательносоединенных элементов равно сумменапряжений на каждом элементе согласновторому закону Кирхгофа: ;

В соответствии с законом Ома: ;Из этого соотношения следует:; Таким образом, общее сопротивлениецепи с последовательно соединеннымиэлементами равно сумме этих сопротивлений.

Параллельное сопротивлениепотребителей

Параллельным соединением участковэлектрической цепи называется соединение,при котором все участки цепи присоединяютсяк одной паре узлов, то есть находятсяпод действием одного и того же напряжения.

Общий ток такого соединения согласнопервому закона Кирхгофа будет равенсумме токов в отдельных ветвях: ; В соответствии с законом Ома:;Если поделить левую и правую части наU, получим:;

Обратная величина общего эквивалентногосопротивления параллельно включенныхпотребителей равна сумме обратныхвеличин этих потребителей.

Величина, обратная сопротивлениюопределяет проводимость потребителяg. Тогда для параллельносоединенных потребителей справедливо:;

Источники:

• electrono.ru
• fazaa.ru
• www.doklad-na-temu.ru
• studfiles.net