 |
Электрическое сопротивление
|
|
|
|
Среда (материал проводника) противодействует движению зарядов. На преодоление этого противодействия затрачивается электрическая энергия, которая преобразуется в тепло.
Величина, характеризующая противодействие проводящей среды движению электрических зарядов, т.е. электрическому току называется электрическим сопротивлением. Определяется оно как отношение напряжения на участке электрической цепи к току в этом участке цепи R≈U/I (1.2)
Элемент электрической цепи, предназначенный для ограничения тока в цепи, параметром которого является электрическое сопротивление, называется резистором. В системе СИ электрическое сопротивление R измеряется в Омах (Ом).
[R]=[U]/[I]=В/А=Ом.
Для однородных проводов постоянного сечения:
R=ρ*l/S, где
ρ – удельное сопротивление, Ом*м
S – площадь поперечного сечения провода, м2
l – длина провода, м.
Сопротивление проводов, резисторов и других проводников электрического тока зависит от температуры окружающей среды.
Электрическая проводимость – это величина, обратная сопротивлению, т.е. G=1/R (1.1.4)
[G]=[1/R]=1/Ом=А/В=См (сименс)
Энергия и мощность в электрической цепи. Баланс мощности
В источнике электрической энергии, так же, как и в нагрузке (в резисторах) происходит необратимое преобразование электрической энергии в тепло. Это учитывается внутренним сопротивлением R0 источника ЭДС, показываемого на схеме замещения отдельным резистором, включённым последовательно с ЭДС E.
Работа, совершаемая источником электрической энергии за время t, т.е. работа по разделению зарядов сторонними силами в источнике равна W=E*Q=E*I*t.
В приёмнике электрической энергии при напряжении U и токе I расходуется энергия
|
|
|
Wпр=U*Q=U*I*t=I2 *R*t=U2 *t/R.
Мощность P характеризует интенсивность преобразования энергии из одного вида в другую за единицу времени.
Для цепей постоянного тока мощность источника
, (1.1.5)
а мощность приёмника
(1.1.6)
В системе СИ энергия и мощность измеряются в Джоулях (Дж) и Ваттах (Вт) соответственно.
Для всех величин, введённых выше, применяются кратные и дольные единицы измерения (см. приложение 2).
Энергия часто выражается в киловатт-часах. 1кВт*ч=3,6*106 Дж.
На основании закона сохранения энергии мощность, развиваемая всеми источниками электрической энергии, входящими в электрическую цепь, должна быть равна мощности преобразования электрической энергии в другие виды энергии всеми приёмниками, входящими в эту цепь:
, где (1.1.7)
ΣEiIi – алгебраическая сумма мощностей, развиваемых источниками (Если положительное направление тока через источник ЭДС, то источник ЭДС работает в режиме генератора и произведение E*I>0. Если же направление I и E противоположны, то источник ЭДС потребляет энергию, т.е. работает в режиме приёмника и произведение E*I<0).
ΣRjIj2 – сумма мощностей всех приёмников.
Уравнение (1.1.7) называется уравнением баланса мощности для цепей постоянного тока.
Мощность потерь и КПД электрической цепи
В реальной электрической цепи источник электрической энергии имеет внутреннее сопротивление R0, а приёмник соединяется с источником ЭДС линией передачи и изготавливается из проводов, имеющих сопротивление RЛ.
Схема замещения такой цепи имеет вид (рис. 1.3)
a c
E RA
RН
|
|
|
R0 b d
Рис. 1.3
По закону Ома для полной цепи, ток I в цепи равен:
, или R0I+RЛI+RНI=E
Умножив все члены этого уравнения на I, получим уравнение баланса мощности:
R0I2+RЛI2+RНI2=EI, где
EI – мощность, развиваемая источником ЭДС;
R0I2, RЛI2 – мощность потерь в источнике и в линии передачи;
RНI2=UcdI – мощность в приёмнике, т.е. полезная мощность.
Технико-экономические расчёта показывают, что для передачи электрической энергии на большие расстояния выгодно использовать ЛЭП большого напряжения, что увеличивает один из важнейших параметров электрической цепи – коэффициент полезного действия этой цепи (КПД).
КПД электрической цепи это отношение мощности приёмника (полезной мощности) к суммарной мощности всех потребителей (или к мощности, развиваемой источником):
(1.1.8)
КПД линии передачи большой протяжённости достигает 95%.
|
|
|
