Электрическая энергия и мощность

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Nbsp; Вопросы к зачету. 1. Электрическая цепь. Определение. Основные элементы электрической цепи. Виды энергии. Основные условные графические обозначения элементов и проводников. 2. Классификация электрических цепей. 3. Основные явления в электрической цепи и величины, их характеризующие (Физические процессы в электрической цепи. Электродвижущая сила. Электрический ток, Напряжение, Потенциал и разность потенциалов, сопротивление, проводимость.) 4. Закон Ома. Внутренние сопротивление источника. Обобщающий закон Ома. 5. Закон Кирхгофа. 6. Энергия и мощность в электрической цепи. 7. Источники электрической энергии. 8. Распределение потенциала вдоль неразветвленной электрической цепи. 9. Источники электрической энергии. 10. Метод преобразования цепи. Применение метода. Преобразование последовательно соединенных резисторов или резистивных элементов. 11. Преобразование параллельно соединенных резисторов или резистивных элементов. 12. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа (Законы Кирхгофа, Порядок расчета). 13. Метод узловых потенциалов. 14. Принцип и метод наложения. 15. Метод эквивалентного генератора. 1.Электрическая цепь - это совокупность электротехнических устройств, объектов (источников, приемников электроэнергии, коммутационных, защитных аппаратов и пр.) и соединяющих их проводников, представляющих собой путь для прохождения электрического тока. Происходящие в электрических цепях (далее - ЭЦ) процессы передачи, распределения или преобразования электроэнергии могут быть описаны с использованием понятий об ЭДС, напряжении и силе тока.Протекание электрического тока возможно только в замкнутой ЭЦ; при ее размыкании на любом участке протекание тока прекратится. Активные и пассивные элементы электрической цепи Элементы, входящие в состав электрических цепей, могут быть активными и пассивными. Основным признаком активных составляющих, считается их способность отдавать электроэнергию. Типичными представителями являются генераторы и другие источники электроэнергии, усилители электрических сигналов и другие. Пассивными элементами считаются различные виды потребителей и накопителей электрической энергии. К ним относятся конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности и другие двухполюсные устройства. Существует многополюсная аппаратура, функционирующая на базе двухполюсных элементов. Все активные элементы электрической цепи могут быть независимыми и зависимыми. В первую категорию входят источники напряжения и тока. В свою очередь, источник напряжения считается идеализированным элементом цепи, у которого напряжение на зажимах не зависит от протекающего через него электрического тока, а внутреннее сопротивление имеет нулевое значение. Источник тока также является безупречным элементом, у которого ток не зависит от напряжения на зажимах, а значение внутреннего сопротивления стремится к бесконечности. Зависимые источники напряжения и тока именуются таковыми, когда эти величины зависят от параметров напряжения и тока на другом участке цепи. Типичными представителями являются электролампы, транзисторы, усилители, функционирующие в линейном режиме. Основные пассивные элементы электрической цепи представлены резисторами, индуктивными катушками и конденсаторами, с помощью которых регулируются параметры тока и напряжения на отдельных участках. Резистивное сопротивление относится к идеализированным элементам цепи. Его основным свойством является необратимое рассеивание энергии. Зависимость напряжения и тока резистивного сопротивления выражается формулами: u = iR, i = Gu, в которых R является сопротивлением, измеряемым в Омах, а G – проводимостью, измеряемой в сименсах. Соотношение этих величин между собой выражено формулой R = 1/G. Идеализированные индуктивные элементы цепи способны накапливать энергию магнитного поля. Основным параметром считается линейная индуктивность, находящаяся в линейной зависимости между магнитным потоком и током, графически представляющая собой вебер-амперную черту. Индуктивность является также и коэффициентом пропорциональности, измеряемом в Генри. Ёмкостные элементы – конденсаторы обладают свойством накапливать энергию электрического поля. Показатель линейной емкости представляет собой линейную зависимость между зарядом и напряжением, выраженной формулой q = Cu. Условные обозначения элементов электрической цепи Для удобства анализа и расчетов электрических цепей, все их составляющие отображаются в виде специальных схем. Данные схемы состоят из условных обозначений используемых элементов и способов их соединения. Условные обозначения в странах СНГ могут отличаться от символики, принятой в других государствах, соответственно, будут различаться и сами схемы, поскольку использовались различные системы графических маркировок. Все элементы на схемах условно разделяются на три группы: К первой относятся источники питания, преобразующие другие виды энергии в электрическую. В этом случае они считаются первичными. Ко вторичным источникам относятся, например, выпрямительные устройства, у которых электроэнергия имеется на входе и на выходе. Вторая группа представлена потребителями энергии, преобразующими электрический ток в тепло, освещение, движение и т.д. В третью группу входят управляющие элементы, без которых невозможна работа любой цепи. Сюда входят соединительные провода, коммутационная аппаратура, измерительные приборы и другие устройства аналогичного назначения. Все эти составляющие охвачены единым электромагнитным процессом, поэтому они включаются в общую схему с использованием специальных условных знаков. Следует учитывать, что вспомогательные элементы могут не указываться на схемах. Не указываются и соединительные провода, если их сопротивление значительно ниже, чем у составных элементов. Источники питания обозначаются в виде электродвижущей силы. При необходимости проставляются пояснительные надписи. 2. Классификация электрических цепей По типу сложности: простые (неразветвленные), сложные (разветвленные);По виду тока: переменного и постоянного тока;По составу элементов: активные, пассивные, линейные, нелинейные цепи;По характеру распределения параметров: цепи с сосредоточенными и распределенными параметрами;Цепи переменного тока делятся по числу фаз: однофазные, многофазные.Электрические цепи рассчитывают. Для облегчения расчетов составляется схема замещения электрической цепи, т.е. схема, отображающая свойства цепи при определенных условиях. На схеме замещения изображают все элементы, влиянием которых на результат расчета пренебречь нельзя, и указывают все электрические соединения между ними.Любая электрическая цепь может быть представлена в виде схемы с помощью условных графических обозначений. Условные обозначения установлены стандартами системы ЕСКД.Электрические цепи могут иметь последовательное или параллельное соединение электрических элементов. Любой элемент имеет вход (начало) или выход (конец). При последовательном соединении элементов выход предыдущего элемента всегда соединяется с входом последующего элемента. В электрических цепях с последовательным соединением ток во всех элементах одинаковый, а напряжение на каждом элементе зависит от величины его сопротивления. При параллельном соединении элементов объединяются входы нескольких элементов в один узел, а выходы этих элементов включаются в другой узел. При параллельном соединении элементов напряжение на всех элементах будет одинаковым, а величина тока в ветвях будет зависеть от их сопротивления. 4.Зако́н О́ма — эмпирический физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника (или электрического напряжения) с силой тока, протекающего в проводнике, и сопротивлением проводника Внутреннее сопротивление источника тока - количественная характеристика источника тока, которая определяет величину энергетических потерь при прохождении через источник электрического тока. Внутреннее сопротивление имеет размерность сопротивления и измеряется в Омах. При прохождении электрического тока через источник происходят те же процессы диссипации энергии, и при прохождении через сопротивление нагрузки. Благодаря этим процессам напряжение на клеммах источника тока не равна электродвижущей силе, а зависит от величины тока, а, следовательно, от нагрузки. При небольших значениях силы тока эта зависимость линейная и ее можно представить в виде , где U - напряжение, - Электродвижущая сила, R i - внутреннее сопротивление. Таким образом, каждый источник электрического тока характеризуется своим внутренним сопротивлением, который необходимо учитывать при расчете электрических цепей.

Обобщенный закон Ома.

Закон Ома выражаемый формулой , определяет зависимость между током и напряжением на пассивном участке электрической цепи.

Определим зависимость между током, напряжением и э.д.с. на активном участке (рис. 16).

Из формулы 15 следует:

j_a-j_b=I(R₁+R₂)- E₁+E₂ (16)

На положительное напряжение на участке a – b Uab=j_a-j_b

Следовательно, Uab= I(R₁+R₂)- E₁+E₂(17)

(18)

Формула (18) выражает обобщенный закон Ома, или закон Ома для участка, содержащего э.д.с.

Из формулы видно, что если ток, напряжение и э.д.с. совпадают по направлению, то в выражение закона Ома они входят с одинаковыми знаками. Если э.д.с. действует в сторону, противоположную положительному направлению тока, то в выражении ставится знак «-».

Закон Ома применяется для участка ветви и для одноконтурной замкнутой схемы.

5. Первый закон Кирхгофа показывает связь токов и узлов электрической цепи. Формула связи очень проста. Это правило гласит, что сумма токов всех ветвей, которые сходятся в один узел электроцепи, равняется нулю (речь идёт об алгебраических значениях).

При этом накопление электрических зарядов в одной точке замкнутой электроцепи невозможно.
При суммировании токов принято брать положительный знак, если электроток идёт по направлению к узлу, и отрицательный знак, если ток идёт в противоположную от узла сторону. Для описания понятной аналогии для этого случая, уместны сравнения с течениями воды в соединенных между собой трубопроводах.

Второй закон Кирхгофа описывает алгебраическую зависимость между электродинамической силой и напряжением в замкнутой электроцепи. В любом замкнутом контуре сумма электродинамической силы равна сумме падания напряжения на сопротивлениях, относящихся к данному контуру.

Для написания формул, определяющих второй закон Кирхгофа, берут положительное значение электродинамической силы и падение напряжений, если направление на относящихся к ним отрезках контура совпадает с произвольным направлением обхода контура. А если же направление электродинамической силы и токов противоположны выбранному направлению, то эти электродинамические силы и падение напряжений берут отрицательными:

Электрическая энергия и мощность

В любой электрической цепи электрическая энергия (а также мощность) вырабатываемая источниками, равна энергии (мощности), потребляемой приемниками.

Согласно закону Джоуля - Ленца энергия, потребляемая резистивным элементом (резистором) с сопротивлением R, определяется по формулам:

W = I² Rt(2.14)

W=UIt.

В электрической цепи постоянного тока мощность P равна отношению энергии W к промежутку времени t, в течение которого энергия была выработана источником или преобразована приемником электрической энергии.

, (2.15)

Мощность численно равна энергии W, если промежуток времени t равен единице.

Из (2.14) и (2.15) получаем выражения для расчета мощности резистивного приемника:

(2.16)

Р_пр = UI.

Если направление ЭДС и тока через источник совпадают, то мощность, вырабатываемая источником с ЭДС Е равна:

Р_u = E·I.

В противном случае мощность источника отрицательна

Р_u = -E·I.

и ее относят к мощности приемника.

Для любой электрической цепи можно записать уравнение баланса мощностей

Р_u = P_n,

или

ΣE_iI_i = ΣI_i²R_i (2.17)

В левой части уравнения (2.17) находятся мощности, вырабатываемые всеми источниками электрической энергии, в правой - мощности, преобразуемые (потребляемые) всеми приемниками электрической энергии.

Основными единицами электрической энергии (ЭЭ) и мощности являются 1 джоуль (1 Дж=1 ВАс) и 1 ватт (1 Вт=1 Дж/с=1 ВА). Для мощности и энергии промышленных установок часто используются более крупные единицы: 1 киловатт (1 кВт=10³ Вт), 1 мегаватт (1 МВт=10⁶ Вт), 1 киловатт-час (1 кВтч=3,6 10⁶ Втс).

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 790; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!