Работа и мощность электрического тока.

Работа, совершаемая при перемещении положительного заряда Q вдоль некоторого неразветвленного участка электрической цепи, не содержащего источников электрической энергии, от точки a до точки b, равна произведению этого заряда на напряжение U_ab = U между концами участка: А = QU. При равномерном движении за­ряда в течение времени t, т. е. постоянном токе I_{а b} = I, заряд (ко­личество электричества)

Следовательно, произведенная за время t работа

Основной единицей работы в системе СИ служит джоуль (Дж), 1 Дж= 1 В•А•с.

Для оценки энергетических, условий важно знать, сколь быстро совершается работа. Отношением работы А к соответствующему про­межутку времени t определяют мощность

Основной единицей мощности в системе СИ является ватт (Вт), 1 Вт = 1 Дж/с =1 В•А. Это мощность, при которой за одну се­кунду совершается работа в 1 Дж. Кратные единицы измерения мощ­ности: милливатт (мВт), 1 мВт = 1•10^-3 Вт; киловатт (кВт), 1 кВт = 1•10³ Вт, и мегаватт (МВт), 1 МВт = 1•10⁶ Вт = 1•10³ кВт.

Основная единица работы и энергии джоуль часто слишком мала для оценки энергетических установок. Практической единицей изме­рения электрической энергии служит кило­ ватт-час (кВт•ч), т. е. работа, совершаемая при неизменной мощности 1 кВт в течение 1 ч. Так как 1 Вт•с = 1 Дж, то 1 Вт•ч = 3600Вт-с= = 3600 Дж и 1 кВт•ч = 3 600 000 Дж.

Для резистивных. элементов выражение мощности в цепи постоянного тока мож­но преобразовать, заменив в нем на основа­нии закона Ома (1.1) напряжение U = r • I, или I = U/ r = gU. Получается три выражения мощности резистивного элемента с сопротивлением r в электрической цепи постоянного тока:

 

БАЛАНС МОЩНОСТЕЙ

В любой электрической цепи должен соблюдаться энергетический баланс — баланс мощностей: алгебраическая сумма мощнос­ тей всех источников энергии (в частности источников тока и ис­точников ЭДС или напряжения) равна арифметической сумме мощнос­тей всех приемников энергии (в частности резистивных элементов):

При учете внутренних сопротивлений г_вт источников мощность каждого источника U_истI_ист меньше развиваемой источником мощности Е1 _ИСТ на мощность потерь r_вт I_вт.

Мощность источника следует считать положительной и записывать в уравнении баланса мощностей со знаком плюс, если положи­тельное направление тока I_ист совпадает с направлением действия ЭДС. В противном случае эту мощность следует считать отрицательной и записывать со знаком минус (например, для заряжаемого аккуму­лятора).

Для любых замкнутых цепей сумма мощностей источников электрической энергии Р_И, равна сумме мощностей, расходуемых в приемниках энергии Р_П. Мощность источников указывает на то, какое количество работы они могут выполнить в электрической цепи каждую секунду. Максимально допустимая мощность приемников это то, что в нормальных условиях может выдержать пассивный элемент. Если превысить допустимую мощность резисторов, обычно указываемую на корпусе, то он может перегреться, его проводящий слой разрушится, почернеет окраска корпуса и деталь выйдет из строя.

Мощность, отдаваемая источниками ЭДС, равна.

где:

U — ЭДС источника (В);

I — ток (А), протекающий через этот источник, причем если положительное направление тока совпадает с направлением ЭДС, в противном случае P = -UI.

Если в резисторе не происходит химических реакций, то мощность выделяется в форме тепла, согласно известному закону Джоуля.

где:

I — постоянный ток (А), протекающий через резистор;

P — мощность потерь, измеряемая в ваттах (Вт);

R — сопротивление резистора (Ом).

Общее количество теплоты, выделяемое током в цепи, не всегда совпадает с соответствующим джоулевым теплом. Так на месте контакта двух различных проводников, помимо джоулева тепла, выделяется также, так называемое тепло Пельтье, зависящее от сторонних ЭДС, определяемых в свою очередь химической природой проводников, их температурой и т.д. При наличии в проводнике градиента температур в нем выделяется еще и теплота Томсона. В большинстве практических случаев при небольших токах теплотой Пельтье и Томсона можно пренебрегать.

Равенство выражений мощностей источников и мощностей приемников называется уравнением баланса мощностей.

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

R1=57 Ом R2=46 Ом R3=100 Ом U=100 В

1. Найдем общее сопротивление цепи

 

1. Найдем общий ток в цепи:

 

1. Подключаем клемму на 2.5 Ампера (т.к. ток менее 2.5А) на ваттметре, переключателем устанавливаем напряжение в 150 В (напряжение в цепи 100 В).

 

1. Расчет цены деления прибора

 

1. Найдем токи в ветвях

 

 

1. Найдем напряжение на каждом из резисторов

 

1. Найдем мощность на каждом из элементов

 

1. Расчет погрешности

 

1. Баланс мощностей

Номинальные значения напряжения и тока		Цена деления			Относительная погрешность измерений
150	2,5	2,5	140	113	24

 

 

Схемы подключения ваттметра

1. Для измерения общей мощности

2. Для измерения мощности на резисторе R₁

 

3. Для измерения мощности на резисторе R₂

 

 

4. Для измерения мощности на резисторе R₃

 

 

Вывод:

В данной лабораторной работе было произведено измерение мощности одним прибором – ваттметром. По показаниям прибора потребляемая мощность составляет 140 Ватт, что больше расчетного значения в 113 Ватт. Это можно объяснить большой погрешностью прибора, возможно связанной с его неисправностью, а также различными потерями и другими недостатками цепи.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова»

 

Кафедра общей электротехники

 

Лабораторная работа №3

 

«Сложная цепь»

 

 

 

Работу выполнил: ст-т гр. ПКМ-31

Новиковский Е.А.

Работу проверил: Коротких В.М.

Оценка_______________

 

 

Барнаул 2010

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Изучение распределения токов в сложной электрической цепи постоянного тока. Использование законов Кирхгофа для расчета слож­ной электрической цепи.

2. Изучение распределения потенциалов и использование построенной потенциальной диаграммы для одного из замкнутых конту­ров сложной цепи для определения напряжений в цепи.

3. Определение влияния внутреннего сопротивления источника ЭДС на режим работы электрической цепи.

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

1. Резисторы R₁, R₂, R₃, являющиеся нагрузками.

2. Два источника постоянного тока Е₁ Е₂.

3. Амперметр.

4. Вольтметр.

5. Монтажные провода - 6 шт., провода для подключения вольт­метра - 2 шт., щуп для подключения амперметра.