Энергетические соотношения в простейшей цепи постоянного тока

Преобразование электрической энергии в тепловую. Электрическая мощность. При прохождении электрического I по участку цепи с сопротивлением r происходит преобразование электрической энергии в. тепловую.

Количество электрической энергии W, преобразуемой в тепловую энергию за время t, определяется по закону Джоуля — Ленца:

W = I²rt (1.7)

Мощность Р представляет собой количество энергии, преобразуемой в единицу времени:

(1.7а)

или

(1.76)

Заменив в выражении (1.7а) произведение Ir напряжением U, получим формулу для мощности Р, характеризующей интенсивность процесса преобразования электрической энергии в тепло или другие виды энергии:

P = UI (1.8)

Основными единицами измерений являются: для мощности — ватт (вт), а для электрической энергии—ватт-секунда (вт-сек) или джоуль (дж). На практике чаще применяют укрупненные единицы измерении:

1 киловатт (кВт) = 1000 Вт,

1 киловатт-час (кВт× ч) = 3, 6× 10⁶.Ватт-сек (Дж).

Рассмотрим баланс мощностей в простейшей цепи (см. рис. 1.3). Для этого умножим все члены уравнения (1.3а) на I.

EI = I²r_г + I²r_л + I²r_н (1.9)

Произведение EI представляет собой полную электрическую мощность Рэ, развиваемую источником. Часть этой мощности DРr = I² r теряется в самом источнике в виде тепла. Разность Рэ - DРг представляет собой мощность, отдаваемую источником во внешнюю цепь. В проводах линии также теряется в виде тепла часть мощности DРл = I² r_л Остальная мощность P_нагр = I²r_н = U_нагр I потребляется нагрузкой. Баланс мощностей рассмотренной цепи можно наглядно иллюстрировать энергетической диаграммой (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Энергетическая

диаграмма простейшей цепи

постоянного тока

Потери мощности в источниках питания современных электроэнергетических установок относительно невелики. Мощные электрические генераторы имеют высокий к.п.д., достигающий значения 0, 95 и выше.

При передаче потребителям одной и той же мощности Р_нагр = U_нагр I ток, протекающий по линии, будет тем меньше, чем выше напряжение установки. Потеря мощности в линии, как известно, пропорциональна квадрату тока. В связи с этим повышение напряжения, например в 10 раз, приводит к снижению потери мощности в линии передачи в 100 раз, и следовательно, к повышению ее экономичности. Этим объясняется использование все более высоких напряжений в электроэнергетических установках.