Энергия и мощность электрического тока.

Проходя по цепи, электрический ток совершает работу. Способность электрического тока совершать работу называется энергией электрического тока.

Энергия расходуется электрическим током в цепи, численно равна количеству электричества, проходящему по цепи, умноженному на подведенное к цепи напряжение. Энергия обозначается буквой W.

    Зная, что количество электричества Q=It, можно написать выражение для энергии.

              W=Р*U = U*I*t

 Таким образом, энергия электрического тока численно равна произведению напряжения на величину тока и на время, в течении которого он проходит.

За единицу электрической энергии принято Ватт- секунда (Вт*сек). Энергия, которая сообщается электрической цепи током 1А при напряжении 1В в течение 1 сек, равна одной Ватт – секунде.

     1 гектоватт* час (квт-ч)=100 вт*ч=360 000 вт. Сек.

    1 киловатт* час (квт-ч)=1000вт*ч

Приборы для измерения электрической энергии называется счетчиками

В электротехнике, кроме того, введено понятие о мощности электрического тока. Это необходимо для того, чтобы характеризовать способность источника электрической энергии отдавать в цепь то или иное количество энергии в единицу времени.

Поэтому МОЩНОСТЬЮ электрического тока называют энергию тока, отнесенного к единице времени.

Обозначается она латинской буквой Р:

                     Р= W / t

Подставляя вместо энергии W ее значение из предыдущей формулы, получим:

                  Р=U I t / t

Или:                                  Р=U I

Мощность электрического тока численно равна произведению величины тока на величину напряжения. За единицу мощности принят Ватт.

Ватт – это мощность электрического тока величиной 1А при напряжении 1В.

    1КВТ=1000 Вт

встречается и еще более крупная единица мощности – мега ватт.

    1 МВТ= 1 000 000 Вт.

Из основной формулы для определения мощности тока P=UI легко получить ее разновидности. Так как U=I R, то P=I R*I или P= I² R;

Т.е. мощность электрического тока равна произведению квадрата величины тока на сопротивление.

Заменив в основной формуле мощности I=U / R, получим Р = U² / R, т.е. мощность электрического тока равна квадрату напряжения, деленному на сопротивление.

Для измерения мощности электрического тока применяется прибор, называемый Ваттметром.

 

Контрольное задание.

Для предыдущих задач  определить мощность электрического тока и энергию за 10 часов.

 

Технологическая карта№5.

 Последовательное, параллельное и смешанное соединение аккумуляторов.

Цель работы – ознакомиться с различными типами аккумуляторов; научиться составлять батареи аккумуляторов.

 

Оборудование и аппаратура

 

    Амперметр постоянного тока на 10 А. ………………….. 1 шт.

    Амперметр постоянного тока на 3 А ……………………. 3 шт.

Вольтметр постоянного тока на 15 В. ………………….. 2 шт.

Аккумуляторы …………………………………………… 15 шт.

Реостат проволочный на 10 А, 2,5 Ом …………………. 1 шт.

Провода соединительные площадью сечения

2,5 мм², длиной 1,5 м. …………………………………… 15 шт.

     Рубильник однополюсный на 25 А. ……………………. 1 шт.

   

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться со схемой измерения.

2. Собрать схему (см. рис. 8, а) и записать показания приборов в таблицу при включенной нагрузке.

 

соединение

измерено

вычислено

С нагрузочным сопротивлением

Без нагрузочного         сопротивления

U1, В

U2, В

U3,В

Uн,, В

I1, А

I2, А

I3, А

Iн, А

Е1, В

Е2, В

Е3, В

I1, А

I2, А

I3, А

r1, Ом

r0, Ом

паралельное

последовательное

смешанное

    Рис.8. Соединение аккумуляторов

       а – параллельное, б – последовательное, в – смешанное; V₁ – вольтметр для измерения э.д.с. и напряжения на аккумуляторе. V_{н – вольтметр для измерения напряжения на сопротивлении нагрузки.}

 

3. Отключить нагрузочный реостат и записать значение э. д. с. батареи и силу тока каждого аккумулятора.

4. Подсчитать по формуле внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи r и каждого аккумулятора r o при параллельном соединении

 

;

 

5. Собрать схему (рис 8, б) и записать показания приборов в таблицу при включённой нагрузке.

6. Отключить нагрузочный реостат и записать значение э.д.с. батареи и каждого аккумулятора.

7. Подсчитать внутреннее сопротивление батареи и каждого аккумулятора при последовательном соединении

 

; .

 

 

8. Собрать схему и записать показания приборов при включённой нагрузке.

9. Отключить нагрузочный реостат и записать показания приборов.

10. Подсчитать внутреннее сопротивление всей батареи при смешанном соединении аккумуляторов.

11. Составить отчёт.

Примечание: При отсутствии аккумуляторов, можно использовать гальванические элементы. В этом случае нужно подобрать приборы, соответствующие напряжению ёмкости гальванических элементов, а вместо проволочного реостата подобрать переменный резистор.

Содержание отчёта:

1. Наименование отчёта.

2. Параметры электроизмерительных приборов и оборудования.

3. Электрические схемы включения аккумуляторов.

4. Таблица с измеренными и вычисленными величинами.

5. Формулы для расчёта э. д. с. батареи аккумуляторов при последовательном, параллельном и смешанном соединениях.

6.  Формулы для расчёта внутреннего сопротивления аккумулятора.

7. Формулы для расчёта внутреннего сопротивления батареи аккумуляторов при последовательном, параллельном и смешанном соединениях.

 

              Контрольные вопросы:

1. Что такое аккумулятор, и какие типы аккумуляторов вы знаете?

2. Чему равна э.д.с. аккумулятора?

3. Как определить ёмкость аккумулятора, и в каких единицах её измеряют?

4. На какую величину отличается напряжение на аккумуляторе от его э.д.с.

 

Дополнительный материал к работе.

Пояснения. Аккумулятор является химическим источником тока и для того, чтобы он отдавал ток, его необходимо предварительно зарядить. Вследствие электрохимического процесса в аккумуляторе возникает электродвижущая сила (э. д. с.). Если к аккумулятору присоединить нагрузочный реостат, в цепи возникает сила тока, равная по закону Ома для электрической цепи с э. д. с.

 

                                

 

Где R – сопротивление реостата нагрузки, Ом; ro – внутреннее сопротивление одного аккумулятора, Ом; Е – э. д. с. Аккумулятора, В.

 

    Рис.8. Соединение аккумуляторов

       а – параллельное, б – последовательное, в – смешанное; V₁ – вольтметр для измерения э.д.с. и напряжения на аккумуляторе. V_{н – вольтметр для измерения напряжения на сопротивлении нагрузки.}

 

Напряжение на сопротивлении реостата нагрузки

 

U=IR

меньше э. д. с. Аккумулятора на величину Ir o, называемую внутренним падением напряжения в аккумуляторе. Таким образом, напряжение на зажимах аккумулятора

U = E - Ir₀   

Ёмкость аккумулятора Q равна произведению разрядного тока на время разряда и определяется в ампер-часах.

Если в цепи нагрузки хотят получить большую силу тока (большую, чем разрядный ток одного аккумулятора), аккумуляторы соединяют параллельно (рис. 8, а), а если нужно получить большее напряжение (большее, чем напряжение одного аккумулятора), их соединяют последовательно (рис. 8, б). Когда необходимо увеличить и силу тока и напряжение, используют смешанное соединение (рис.8, в).

При параллельном соединении аккумуляторов с одинаковыми э. д. с., э. д. с. всей батареи равна э. д. с. одного аккумулятора

 

                    Е = Е₁ = Е₂ = Е₃ = … Е_n

 

Внутреннее сопротивление батареи аккумуляторов, состоящей из m одинаковых аккумуляторных блоков, соединённых параллельно.

 

                                

 

При последовательном соединении n одинаковых аккумуляторов э. д. с. батареи равна сумме э.д.с. всех аккумуляторов

 

                   Е = Е₁ + Е₂ + Е₃ + …. + Е_n = nЕ₁

а внутреннее сопротивление такой батареи из n одинаковых элементов равно сумме внутренних сопротивлений этих аккумуляторов

 

                  r = r₀₁ + r₀₂ + … +r_0n = nr₀

 

При смешанном соединении одинаковых аккумуляторов э. д. с. всей

батареи

 

                           

                       E = nE₁,

 

а внутреннее сопротивление батареи

 

                       .

 

 

                                                                                                                                                                                                           Технологическая карта№6