Коэффициент полезного действия или отдача

·  Мощностью называется работа, производимая (или потребляемая) в одну секунду. Мощность выражается следующими форму­лами:

· 

·   Если в формулах работы и мощности напряжение выражено в вольтах, сила тока — в амперах, сопротивление — в омах и время — в секундах, то работа выражается в ньютон-метрах или  в ватт-се­кундах (вт с), т. е. в джоулях (дж), а мощность — в ваттах (вт). Для измерения малых мощностей применяют единицу, в тысячу раз меньшую одного ватта, называемую милливаттом (мвт); 1 вт  = 1000 мвт. Для выражения больших мощностей применяют едини­цу, в тысячу раз большую ватта, называемую киловаттом (квт); 1 квт =1000 вт.

·  Так как джоуль является малой единицей, то работа обычно. вы­ражается в более крупных единицах: ватт-часах (втч), гектоватт-часах (гвт ч) и киловатт-часах (квт ч). Соотношение между этими единицами  и  джоулем  следующее:  1 втч = 3600  дж; 1 гвтч =100 втч; 1 квтч = 1000 втч.

·  Из формулы  P=UI  следует, что при очень малом внешнем со­противлении r сила тока в цепи велика, а напряжение на зажимах генератора при этом мало. При сопротивлении внешней цепи r, рав­ном нулю, напряжение на зажимах генератора U также равно нулю. Следовательно, и мощность Р, отдаваемая во внешнюю цепь, равна нулю.

·  При  очень  большом  внешнем  сопротивлении (когда внешняя цепь разомкнута, сопротивление ее составляет бесконечно большую величину) сила тока в цепи равна нулю. Мощность, отдаваемая во

·  внешнюю цепь, и в этом случае равна нулю.

·  Таким образом, с увеличением сопротивления внешней цепи мощность сначала возрастает от нуля до какой-то наибольшей (мак­симальной) величины, а затем убывает до нуля.

·     Определим сопротивление внешней цепи r, при котором источник энергии отдает в нагрузку наибольшую мощность:

·    так как

·  источника энергии, r0 – его внутреннее сопротивление, U – напряжение на его зажимах при нагрузке.

·  Разделив обе части выражения мощности на r0, получим.

· 

·  Вычтем из правой части этого равенства  и прибавим к ней величину:

·  .

·  Очевидно, что наибольшей величина  (или мощность Р, так как r0 постоянно) будет в том случае, когда вычитаемое правой части этого равенства равно нулю, т. е

· 

·  Если  полученное  выражение  сравнить  с  формулой   -то окажется, что для получения наибольшей мощности во внешней цепи необходимо, чтбы  2r 0 = r 0 + r или  r = r 0.

·  Таким образом, для получения наибольшей мощности во внешней цепи сопротивление последней должно быть равно внутреннему сопротивлению генератора.

·    Однако надо иметь в виду,  что   при  равенстве  внутреннего сопротивления  генератора сопротивлению внешней цепи полезное действие генератора чрезвычайно невелико и работа его в таких ус­ловиях неэкономична, так как половина всей мощности, развивае­мой генератором, используется на преодоление его внутреннего со­противления.

·  Пример. Имеется батарея гальванических элементов с э. д. с. 10 в и внут­ренним сопротивлением 10 ом. Определить

·  максимальную мощность, которую эта батарея может отдать во внешнюю цепь.

·  Решение. Источник энергии отдает во внешнюю цепь максимальную мощ­ность в случае, когда сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротив­лению источника энергии, т. е.

· 

·  При таком внешнем сопротивлении ток в цепи

· 

·  Мощность, отдаваемая источником энергии,

· 

·  § 23. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ИЛИ ОТДАЧА

·  Мощность, отдаваемая источником энергии во внешнюю цепь, является полезной мощностью Р2, а мощность, получаемая им извне (от источника энергии механической, химической и т. д.),-—потреб­ляемой Р1. Приемник электрической энергии, потребляя энергию из сети источника электрической энергии, преобразует ее в энергию другого вида — механическую, тепловую и т. д.

·  В соответствии с законом сохранения энергии полезная мощ­ность источника или приемника электрической энергии Р2 меньше мощности Р1, потребляемой им, так как в процессе работы источни­ка или приемника в нем неизбежно происходит потеря части преоб­разуемой им энергии. В преобразователях энергии потеря энергии происходит за счет нагревания проводов их обмоток протекающи­ми в них токами, за счет перемагничивания стали, от вихревых токов и т. д.

·  Для оценки свойств преобразователя энергии (источника или приемника электрической энергии) служит коэффициент полезного действия (к. п. д. или отдача), равный отношению полезной мощ­ности источника или приемника энергии Р2 к мощности, потребля­емой им Р1, т. е.

· 

·  где ΔР — мощность, расходуемая на преодоление потерь в источни­ке или приемнике энергии. Это выражение показывает, что к. п. д. источника или приемни­ка электрической энергии тем выше, чем меньше потери энергии в нем.

·  Мощность, отдаваемая источником электрической энергии во внешнюю цепь (полезная мощность), равна произведению напряже­ния на его зажимах на силу тока в цепи, т. е. Р2 =UI и к. п. д. источника энергии

· 

·  Мощность,  потребляемая  приемником  электрической энергии, может быть  представлена произведением напряжения, приложенного к нему  на силу тока или произведением квадрата силы тока на его сопротивление r,  т. е. Р1=UI=I2r и к. п. д. приемника электри­чкой энергии

· 

· 

·  Пример 1.  Генератор постоянного тока с э. д.с. Е=230 в  и внутренним сопротивлением r0 = 0,5 ом замкнут на приемник энергии. Сила тока в цепи 20 а, к. п.д. генератора η=0,8. Определить полезную мощность генератора, мощность, потребляемую им,  и мощность, расходуемую на преодоление потерь  в генераторе.

·  Решение. Напряжение на зажимах генератора

·