Решение курсовой по электротехнике

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).

Полупроводники Лабораторные работы по электронике

Комбинационные устройства Комбинационными называются логические устройства, выходные функции которых определяются входными логическими функциями в момент их воздействия. К комбинационным устройствам относятся шифраторы, дешифраторы, преобразователи кодов, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры и компараторы.

 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.

Линейные цепи постоянного тока Постоянный ток широко используется во многих отраслях техники. Его применяют в устройствах связи, приборах, электрооборудовании мобильных агрегатов и др. Совокупность источников, приемников электрической энергии и соединяющих их проводов называют электрической цепью.

Электрический ток. Плотность тока. Электрическое напряжение Направленное движение свободных заряженных частиц в проводнике под действием электрического поля называется электрическим током. Электрический ток является скалярной величиной, которая равна пределу отношению заряда к промежутку времени, когда последний стремится к нулю

Закон Ома  В 1827 г. немецкий физик Г. Ом, проведя серию точных экспериментов, установил один из основных законов электрического тока. Он гласит: постоянный электрический ток в участке электрической цепи прямо пропорционален напряжению на этом участке.

Источник ЭДС и источник тока При преобразовании любого вида энергии в электрическую энергию в источниках происходит за счет электродвижущей силы (ЭДС).

Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС

Преобразование линейных электрических схем Расчет и исследование сложных электрических схем во многих случаях можно значительно облегчить за счет преобразования. Суть преобразования заключается в замене участков цепи эквивалентными, но более простыми, т.е. не вызывающими изменения напряжения и токов в остальной части цепи.

 Размерность энергии  В·А·с = Дж.

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

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:

.

  1.5.3. КПД источника энергии

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

  (1.19)

 Из последней формулы видно, что чем меньше внутреннее сопротивление , тем выше КПД источника. Определим, при каком условии источник энергии развивает полезную максимальную мощность. Преобразуем формулу (1.17), учитывая (1.9)

.  (1.20)

 Исследуем уравнение (1.20) на максимум

  (1.21)

отсюда .

 Тогда формула (1.20) приобретает вид

.  (1.22)

 Таким образом, источник ЭДС развивает максимальную полезную мощность, когда внешнее сопротивление равно внутреннему сопротивлению источника.

 Однако такой режим является невыгодным, так как в этом случае 50 % энергии теряется во внутреннем сопротивлении источника

  (1.23)

 Режим цепи, при котором внешнее сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению источника энергии, называется режимом согласованной нагрузки. Такой режим используется в телемеханике, электросвязи и автоматике, где передаются малые мощности. Мощные источники, как правило, работают на приемник сопротивлением  = (10...20) , обеспечивая максимальный КПД (более 95 %).


На главную