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 (втч), гектоватт-часах (гвт ч) и киловатт-часах (квт ч). Соотношение между этими единицами и джоулем следующее: 1 втч = 3600 дж; 1 гвтч =100 втч; 1 квтч = 1000 втч.
· 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
·