การพึ่งพาประสิทธิภาพกับพลังงานที่มีประโยชน์ กำลังรวมและกำลังสุทธิ
8.5. ผลกระทบจากความร้อนปัจจุบัน
8.5.1. แหล่งพลังงานปัจจุบัน
กำลังไฟฟ้ารวมของแหล่งกำเนิดปัจจุบัน:
P รวม = P มีประโยชน์ + P ขาดทุน
โดยที่ P มีประโยชน์ - พลังที่มีประโยชน์ P มีประโยชน์ = I 2 R; การสูญเสีย P - การสูญเสียพลังงาน, การสูญเสีย P = I 2 r; ผม - ความแรงของกระแสในวงจร; R - ความต้านทานโหลด (วงจรภายนอก); r คือความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า
พลังงานทั้งหมดสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรหนึ่งในสามสูตร:
P เต็ม = I 2 (R + r), P เต็ม = ℰ 2 R + r, P เต็ม = I ℰ,
โดยที่ ℰ คือแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า
พลังงานสุทธิ- นี่คือกำลังที่ปล่อยออกมาในวงจรภายนอกเช่น บนโหลด (ตัวต้านทาน) และสามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์บางอย่างได้
พลังงานสุทธิสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรหนึ่งในสามสูตร:
P มีประโยชน์ = I 2 R, P มีประโยชน์ = U 2 R, P มีประโยชน์ = IU,
โดยที่ I คือความแรงของกระแสในวงจร U คือแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว (ที่หนีบ) ของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า R - ความต้านทานโหลด (วงจรภายนอก)
การสูญเสียพลังงานคือพลังงานที่ถูกปล่อยออกมาในแหล่งปัจจุบันเช่น ในวงจรภายในและใช้กับกระบวนการที่เกิดขึ้นในแหล่งกำเนิดเอง การสูญเสียพลังงานไม่สามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นได้
การสูญเสียพลังงานมักจะคำนวณโดยใช้สูตร
P การสูญเสีย = ฉัน 2 r,
โดยที่ I คือความแรงของกระแสในวงจร r คือความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า
ในระหว่างการลัดวงจร พลังงานที่มีประโยชน์จะเป็นศูนย์
P มีประโยชน์ = 0,
เนื่องจากไม่มีความต้านทานโหลดในกรณีไฟฟ้าลัดวงจร: R = 0
กำลังไฟฟ้าทั้งหมดระหว่างการลัดวงจรของแหล่งกำเนิดเกิดขึ้นพร้อมกับกำลังไฟฟ้าที่สูญเสียและคำนวณโดยสูตร
P เต็ม = ℰ 2 r,
โดยที่ ℰ คือแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า r คือความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า
พลังที่มีประโยชน์ก็มี ค่าสูงสุดในกรณีที่ความต้านทานโหลด R เท่ากับความต้านทานภายใน r ของแหล่งกำเนิดกระแส:
ร = ร.
กำลังประโยชน์สูงสุด:
P มีประโยชน์สูงสุด = 0.5 P เต็ม
โดยที่ P เต็ม - พลังงานเต็มแหล่งที่มาปัจจุบัน P เต็ม = ℰ 2 / 2 r
สูตรที่ชัดเจนสำหรับการคำนวณ พลังที่มีประโยชน์สูงสุดดังต่อไปนี้:
P มีประโยชน์สูงสุด = ℰ 2 4 r .
เพื่อให้การคำนวณง่ายขึ้น ควรจดจำสองประเด็น:
- หากมีความต้านทานโหลดสองตัว R 1 และ R 2 พลังงานที่มีประโยชน์เท่ากันจะถูกปล่อยออกมาในวงจร ความต้านทานภายในแหล่งกำเนิดกระแส r สัมพันธ์กับความต้านทานที่ระบุโดยสูตร
ร = ร 1 ร 2 ;
- หากปล่อยพลังงานที่มีประโยชน์สูงสุดในวงจรความแรงของกระแส I * ในวงจรคือครึ่งหนึ่งของความแรงของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร i:
ฉัน * = ฉัน 2 .
ตัวอย่างที่ 15 เมื่อลัดวงจรไปที่ความต้านทาน 5.0 โอห์ม แบตเตอรี่ของเซลล์จะสร้างกระแส 2.0 A กระแสไฟฟ้าลัดวงจรของแบตเตอรี่คือ 12 A คำนวณพลังงานที่มีประโยชน์สูงสุดของแบตเตอรี่
สารละลาย . ให้เราวิเคราะห์สภาพของปัญหา
1. เมื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่เข้ากับความต้านทาน R 1 = 5.0 โอห์ม กระแสความแรง I 1 = 2.0 A จะไหลในวงจร ดังแสดงในรูปที่ 1 a กำหนดโดยกฎของโอห์มสำหรับวงจรสมบูรณ์:
ฉัน 1 = ℰ R 1 + r
โดยที่ ℰ - EMF ของแหล่งปัจจุบัน r คือความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า
2. เมื่อแบตเตอรี่ลัดวงจร กระแสไฟฟ้าลัดวงจรจะไหลในวงจร ดังแสดงในรูปที่ 1 ข. กระแสไฟฟ้าลัดวงจรถูกกำหนดโดยสูตร
โดยที่ i คือกระแสไฟฟ้าลัดวงจร i = 12 A.
3. เมื่อต่อแบตเตอรี่เข้ากับความต้านทาน R 2 = r กระแสแรง I 2 จะไหลในวงจร ดังแสดงในรูปที่ 1 ใน กำหนดโดยกฎของโอห์มสำหรับวงจรที่สมบูรณ์:
ฉัน 2 = ℰ R 2 + r = ℰ 2 r;
ในกรณีนี้พลังงานที่มีประโยชน์สูงสุดจะถูกปล่อยออกมาในวงจร:
P มีประโยชน์สูงสุด = I 2 2 R 2 = I 2 2 r.
ดังนั้นในการคำนวณกำลังที่มีประโยชน์สูงสุดจึงจำเป็นต้องกำหนดความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดกระแส r และความแรงของกระแส I 2
เพื่อหาความแรงของกระแส I 2 เราเขียนระบบสมการ:
ผม = ℰ r , ผม 2 = ℰ 2 r )
และแบ่งสมการ:
ฉัน ฉัน 2 = 2 .
นี่หมายถึง:
ฉัน 2 = ฉัน 2 = 12 2 = 6.0 ก.
เพื่อหาความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิด r เราเขียนระบบสมการ:
ฉัน 1 = ℰ R 1 + r, i = ℰ r)
และแบ่งสมการ:
ฉัน 1 ฉัน = r R 1 + r .
นี่หมายถึง:
r = ฉัน 1 R 1 i - ฉัน 1 = 2.0 ⋅ 5.0 12 − 2.0 = 1.0 โอห์ม
มาคำนวณพลังที่มีประโยชน์สูงสุด:
P มีประโยชน์สูงสุด = I 2 2 r = 6.0 2 ⋅ 1.0 = 36 W.
ดังนั้นกำลังไฟใช้งานสูงสุดของแบตเตอรี่คือ 36 วัตต์
พลังของอุปกรณ์ทางเทคนิคหรือโรงไฟฟ้า (อุปกรณ์หน่วย) ที่มอบให้ในการทำงานแสดงอยู่ในนั้น ข้อกำหนดทางเทคนิค. แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าทั้งหมดจะถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้เพื่อให้บรรลุผล มีเพียงพลังที่เป็นประโยชน์เท่านั้นที่จะนำไปใช้ในการทำงาน
ความหมายและสูตรของกำลังที่มีประโยชน์
ควรพิจารณาแนวคิดเรื่องพลังงานที่มีประโยชน์และสูตรโดยใช้ตัวอย่างวงจรไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าที่แหล่งพลังงาน (PS) โดยเฉพาะกระแสไฟฟ้าพัฒนาในวงจรปิดจะเป็นกำลังไฟฟ้าทั้งหมด
วงจรประกอบด้วย: แหล่งกำเนิดกระแสที่มี EMF (E) วงจรภายนอกที่มีโหลด R และวงจรภายในของแหล่งจ่ายไฟที่มีความต้านทาน R0 สูตรสำหรับกำลังทั้งหมด (ทั้งหมด) คือ:
โดยที่ I คือค่าของกระแสที่ไหลผ่านวงจร (A) และ E คือค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้า (B)
ความสนใจ!แรงดันไฟฟ้าตกในแต่ละส่วนจะเท่ากับ U และ U0 ตามลำดับ
ดังนั้นสูตรจะอยู่ในรูปแบบ:
ผลรวม = E*I = (U + U0) *I = U*I + U0*I.
จะเห็นได้ว่าค่าของผลิตภัณฑ์ U*I เท่ากับกำลังไฟฟ้าที่จ่ายโดยแหล่งกำเนิดต่อโหลด และสอดคล้องกับกำลังไฟฟ้า Ppol ที่มีประโยชน์
ขนาด, เท่ากับสินค้า U0*I สอดคล้องกับกำลังที่สูญเสียไปภายในแหล่งจ่ายไฟเพื่อให้ความร้อนและการเอาชนะความต้านทานภายใน R0 นี่คือการสูญเสียพลังงาน P0
ค่าที่แทนที่ในสูตรแสดงว่าผลรวมของพลังงานที่มีประโยชน์และการสูญเสียประกอบขึ้นเป็นพลังงานทั้งหมดของ IP:
Ptotal=Pชั้น+P0.
สำคัญ!เมื่อใช้งานอุปกรณ์ใด ๆ (เครื่องกลหรือไฟฟ้า) กำลังที่มีประโยชน์จะเป็นกำลังไฟฟ้าที่เหลืออยู่ งานที่จำเป็นหลังจากเอาชนะปัจจัยที่ทำให้เกิดการสูญเสีย (ความร้อน แรงเสียดทาน แรงต้าน)
พารามิเตอร์แหล่งจ่ายไฟ
ในทางปฏิบัติคุณมักจะต้องคิดว่ากำลังของแหล่งกำเนิดปัจจุบันควรเป็นเท่าใด ต้องใช้กี่วัตต์ (W) หรือกิโลวัตต์ (kW) เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ทำงานอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้เข้าใจแก่นแท้ คุณต้องมีความเข้าใจแนวคิดที่ใช้ในฟิสิกส์ดังนี้:
- พลังงานวงจรรวม
- EMF และแรงดันไฟฟ้า
- ความต้านทานภายในของแหล่งจ่ายไฟ
- ความสูญเสียภายในผู้ประกอบการแต่ละราย
- พลังที่มีประโยชน์
ไม่ว่าแหล่งกำเนิดพลังงานชนิดใดจะผลิตได้ (เครื่องกล, ไฟฟ้า, ความร้อน) ควรเลือกพลังงานโดยมีระยะขอบเล็กน้อย (5-10%)
พลังงานวงจรรวม
เมื่อโหลดเชื่อมต่อกับวงจรซึ่งจะใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายกระแส (IT) กระแสจะทำงาน พลังงานที่ปล่อยออกมาจากผู้บริโภคและองค์ประกอบของวงจรที่รวมอยู่ในวงจร (สายไฟ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ) เรียกว่าพลังงานทั้งหมด แหล่งพลังงานสามารถเป็นอะไรก็ได้: เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, แบตเตอรี่, หม้อต้มน้ำร้อน มูลค่าพลังงานทั้งหมดจะเป็นผลรวมของพลังงานที่แหล่งที่มาใช้ไปกับการสูญเสียและปริมาณที่ใช้ในการปฏิบัติงานเฉพาะอย่าง
EMF และแรงดันไฟฟ้า
ความแตกต่างระหว่างแนวคิดทั้งสองนี้คืออะไร?
EMF คือแรงเคลื่อนไฟฟ้า มันเป็นแรงดันไฟฟ้าที่แรงภายนอก ( ปฏิกิริยาเคมี, การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า) ถูกสร้างขึ้นภายในแหล่งที่มาปัจจุบัน (IT) EMF คือพลังแห่งการเคลื่อนไหว ค่าไฟฟ้าในนั้น.
สำหรับข้อมูลของคุณดูเหมือนว่าเป็นไปได้ที่จะวัดค่า E (EMF) ในโหมดไม่ได้ใช้งานเท่านั้น (ไม่ได้ใช้งาน) การเชื่อมต่อโหลดใด ๆ ทำให้เกิดการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าภายในแหล่งจ่ายไฟ
แรงดันไฟฟ้า (U) – ปริมาณทางกายภาพซึ่งเป็นความต่างศักย์ ϕ1 และ ϕ2 ที่เอาต์พุตของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า (VS)
พลังงานสุทธิ
คำจำกัดความของแนวคิดเรื่องกำลังทั้งหมดนั้นใช้ไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับเท่านั้น วงจรไฟฟ้า. นอกจากนี้ยังใช้ได้กับมอเตอร์ไฟฟ้า หม้อแปลง และอุปกรณ์อื่นๆ ที่สามารถใช้พลังงานทั้งส่วนประกอบที่ใช้งานและปฏิกิริยาได้
การสูญเสียภายในแหล่งจ่ายไฟ
การสูญเสียที่คล้ายกันเกิดขึ้นที่ความต้านทานภายในของเครือข่ายสองเทอร์มินัล สำหรับแบตเตอรี่ นี่คือความต้านทานของอิเล็กโทรไลต์ สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า นี่คือความต้านทานของขดลวด ซึ่งเป็นลวดตะกั่วที่ออกมาจากตัวเครื่อง
ความต้านทานของแหล่งจ่ายไฟภายใน
คุณจะไม่สามารถวัด R0 ด้วยเครื่องมือทดสอบเพียงอย่างเดียวได้ คุณจำเป็นต้องรู้อย่างแน่นอนจึงจะคำนวณการสูญเสีย P0 ได้ ดังนั้นจึงใช้วิธีทางอ้อม
วิธีการทางอ้อมในการกำหนด R0 มีดังต่อไปนี้:
- ในโหมด x.x วัด E (B);
- เมื่อโหลดRн (Ohm) เปิดอยู่ Uout (V) และกระแส I (A) จะถูกวัด
- แรงดันไฟฟ้าตกภายในแหล่งกำเนิดคำนวณโดยใช้สูตร:
ในขั้นตอนสุดท้ายจะพบ R0=U0/I
ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังที่มีประโยชน์และประสิทธิภาพ
ค่าสัมประสิทธิ์ การกระทำที่เป็นประโยชน์(ประสิทธิภาพ) คือปริมาณไร้มิติ ซึ่งแสดงเป็นตัวเลขเป็นเปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพแสดงด้วยตัวอักษร η
สูตรดูเหมือนว่า:
- เอ – งานที่มีประโยชน์ (พลังงาน);
- Q – พลังงานที่ใช้ไป
เมื่อประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นในเครื่องยนต์ต่าง ๆ จึงอนุญาตให้สร้างบรรทัดต่อไปนี้:
- มอเตอร์ไฟฟ้า – มากถึง 98%;
- น้ำแข็ง – มากถึง 40%;
- กังหันไอน้ำ – มากถึง 30%
ในแง่ของกำลัง ประสิทธิภาพจะเท่ากับอัตราส่วนของกำลังที่มีประโยชน์ต่อกำลังทั้งหมดที่จ่ายโดยแหล่งกำเนิด ไม่ว่าในกรณีใด η ≤ 1
สำคัญ!ประสิทธิภาพและ Ppol ไม่ใช่สิ่งเดียวกัน ในกระบวนการทำงานที่แตกต่างกัน พวกเขาบรรลุผลสูงสุดอย่างใดอย่างหนึ่ง
รับพลังงานสูงสุดที่เอาต์พุตของ IP
สำหรับข้อมูลของคุณในการเพิ่มประสิทธิภาพของเครน ปั๊มฉีด หรือเครื่องยนต์ของเครื่องบิน จำเป็นต้องลดแรงเสียดทานของกลไกหรือแรงต้านของอากาศ ซึ่งทำได้โดยการใช้สารหล่อลื่นหลากหลายชนิด การติดตั้งตลับลูกปืนระดับสูง (แทนที่การเลื่อนด้วยการกลิ้ง) การเปลี่ยนรูปทรงของปีก ฯลฯ
พลังงานหรือพลังงานสูงสุดที่เอาท์พุตของ IP สามารถทำได้โดยการจับคู่ความต้านทานโหลด Rн และความต้านทานภายใน R0 ของ IP ซึ่งหมายความว่า Rн = R0 ในกรณีนี้ประสิทธิภาพคือ 50% สิ่งนี้ค่อนข้างยอมรับได้สำหรับวงจรกระแสต่ำและอุปกรณ์วิทยุ
อย่างไรก็ตามตัวเลือกนี้ไม่เหมาะสำหรับการติดตั้งระบบไฟฟ้า เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียพลังงานจำนวนมาก โหมดการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า วงจรเรียงกระแส หม้อแปลง และมอเตอร์ไฟฟ้าจึงมีประสิทธิภาพ เข้าใกล้ 95% ขึ้นไป
บรรลุประสิทธิภาพสูงสุด
สูตรประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายกระแสคือ:
η = Pн/Ptotal = R/Rн+r,
- Pn คือกำลังโหลด;
- Ptotal - กำลังทั้งหมด
- R คือความต้านทานรวมของวงจร
- Rн – ความต้านทานโหลด;
- r - ความต้านทานภายในของไอที
ดังจะเห็นได้จากกราฟที่แสดงในรูปที่. สูงกว่า กำลัง Pn มีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์เมื่อกระแสไฟฟ้าในวงจรลดลง ประสิทธิภาพจะไปถึงค่าสูงสุดเมื่อวงจรเปิดอยู่และกระแสเป็นศูนย์หากมีการลัดวงจรในวงจรจะกลายเป็นศูนย์
หากเราดูเครื่องยนต์ความร้อนเบื้องต้นที่ประกอบด้วยลูกสูบและกระบอกสูบ อัตราส่วนกำลังอัดจะเท่ากับอัตราส่วนการขยายตัว การเพิ่มประสิทธิภาพของมอเตอร์ดังกล่าวเป็นไปได้หาก:
- พารามิเตอร์สูงเริ่มแรก: ความดันและอุณหภูมิของของไหลทำงานก่อนที่จะเริ่มการขยายตัว
- นำค่าเข้าใกล้พารามิเตอร์มากขึ้น สิ่งแวดล้อมเมื่อเสร็จสิ้นการขยาย
การบรรลุ ηmax จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงความดันของส่วนประกอบการทำงานที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการเคลื่อนที่แบบหมุนของเพลาเท่านั้น
สำหรับข้อมูลของคุณประสิทธิภาพเชิงความร้อนจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนความร้อนที่จ่ายให้กับของไหลทำงานที่เพิ่มขึ้น ซึ่งจะถูกแปลงเป็นงาน ความร้อนที่จ่ายมาแบ่งออกเป็นพลังงาน 2 ประเภท คือ พลังงานภายในในรูปของอุณหภูมิและพลังงานแรงดัน
ที่จริงแล้วงานเครื่องกลนั้นดำเนินการโดยพลังงานประเภทที่สองเท่านั้น สิ่งนี้ทำให้เกิดข้อเสียหลายประการที่ทำให้กระบวนการเพิ่มประสิทธิภาพช้าลง:
- ความกดดันบางส่วนไปสู่สภาพแวดล้อมภายนอก
- การบรรลุประสิทธิภาพสูงสุดนั้นเป็นไปไม่ได้หากไม่เพิ่มเปอร์เซ็นต์ของพลังงานความดันที่ใช้ในการแปลงเป็นงาน
- เป็นไปไม่ได้ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนโดยไม่ต้องเปลี่ยนพื้นผิวของการใช้แรงดัน S และโดยไม่ต้องถอดพื้นผิวนี้ออกจากจุดหมุน
- การใช้เพียงของเหลวทำงานที่เป็นแก๊สไม่ได้ช่วยเพิ่ม η ของเครื่องยนต์ความร้อน
เพื่อให้เครื่องยนต์ความร้อนมีประสิทธิภาพสูง คุณต้องตัดสินใจหลายอย่าง อุปกรณ์รุ่นต่อไปนี้มีส่วนช่วยในเรื่องนี้:
- แนะนำของไหลทำงานอื่นที่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกันในวงจรการขยายตัว
- ใช้ประโยชน์สูงสุดจากพลังงานทั้งสองประเภทของของไหลทำงานก่อนการขยายตัว
- สร้างของไหลทำงานเพิ่มเติมโดยตรงระหว่างการขยายตัวของก๊าซ
ข้อมูล.การปรับเปลี่ยนเครื่องยนต์สันดาปภายในทั้งหมดในรูปแบบของ: เทอร์โบชาร์จเจอร์, การจัดระบบการฉีดหลายครั้งหรือแบบกระจาย, รวมถึงการเพิ่มความชื้นในอากาศ, การนำเชื้อเพลิงไปสู่สถานะไอน้ำระหว่างการฉีด, ไม่ได้ให้ผลลัพธ์ที่เป็นรูปธรรมในการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ประสิทธิภาพ.
โหลดประสิทธิภาพ
ไม่ว่าพลังงานจากแหล่งกำเนิดจะเป็นอย่างไร ประสิทธิภาพของเครื่องใช้ไฟฟ้าก็ไม่มีวันที่จะ 100%
ข้อยกเว้นหลักปั๊มความร้อนที่ใช้ในการทำงานของตู้เย็นและเครื่องปรับอากาศทำให้ประสิทธิภาพเข้าใกล้ 100% ที่นั่น การทำความร้อนหม้อน้ำตัวหนึ่งจะทำให้หม้อน้ำอีกตัวเย็นลง
มิฉะนั้น พลังงานจะหมดไปกับผลกระทบภายนอก เพื่อลดค่าใช้จ่ายนี้ คุณต้องใส่ใจกับปัจจัยต่อไปนี้:
- เมื่อจัดแสง - การออกแบบโคมไฟการออกแบบตัวสะท้อนแสงและสีของสถานที่ (สะท้อนแสงหรือดูดซับแสง)
- เมื่อจัดระบบทำความร้อน - สำหรับฉนวนกันความร้อนของท่อความร้อน, การติดตั้งอุปกรณ์ระบายความร้อน, ฉนวนผนัง, เพดานและพื้น, การติดตั้งหน้าต่างกระจกสองชั้นคุณภาพสูง;
- เมื่อจัดสายไฟให้เลือกยี่ห้อและหน้าตัดของตัวนำที่ถูกต้องตามโหลดที่เชื่อมต่อในอนาคต
- เมื่อติดตั้งมอเตอร์ไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า และอุปโภคบริโภคอื่นๆ กระแสสลับ– ด้วยค่า cosϕ
การลดต้นทุนการสูญเสียอย่างชัดเจนจะนำไปสู่การเพิ่มประสิทธิภาพเมื่อแหล่งพลังงานทำงานบนโหลด
การลดอิทธิพลของปัจจัยที่ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานจะเพิ่มเปอร์เซ็นต์ของพลังงานที่มีประโยชน์ที่จำเป็นในการทำงาน สิ่งนี้เป็นไปได้โดยการระบุสาเหตุของการสูญเสียและกำจัดทิ้ง
วีดีโอ
มีองค์ประกอบสองประเภทในวงจรไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์: แบบพาสซีฟและแบบแอคทีฟ องค์ประกอบที่ใช้งานอยู่สามารถจ่ายพลังงานให้กับวงจรได้อย่างต่อเนื่อง - แบตเตอรี่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า องค์ประกอบแบบพาสซีฟ - ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ ใช้พลังงานเท่านั้น
แหล่งที่มาปัจจุบันคืออะไร
แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าคืออุปกรณ์ที่จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับวงจรอย่างต่อเนื่อง อาจเป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับได้ แบตเตอรี่เป็นแหล่งของไฟฟ้ากระแสตรง และเต้ารับไฟฟ้าเป็นแหล่งของไฟฟ้ากระแสสลับ
หนึ่งใน ลักษณะที่น่าสนใจที่สุดแหล่งอุปทาน– สามารถแปลงพลังงานที่ไม่ใช่ไฟฟ้าเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ เช่น
- สารเคมีในแบตเตอรี่
- เครื่องกลในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
- พลังงานแสงอาทิตย์ ฯลฯ
แหล่งไฟฟ้าแบ่งออกเป็น:
- เป็นอิสระ;
- ขึ้นอยู่กับ (ควบคุม) เอาต์พุตซึ่งขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าในส่วนอื่นของวงจร ซึ่งอาจคงที่หรือแปรผันตามเวลา ใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟเทียบเท่าสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
เมื่อพูดถึงกฎของวงจรและการวิเคราะห์ อุปกรณ์จ่ายไฟมักถูกมองว่าเป็นอุปกรณ์ในอุดมคติ กล่าวคือ ในทางทฤษฎีสามารถให้พลังงานจำนวนอนันต์โดยไม่สูญเสีย ในขณะที่มีคุณลักษณะที่แสดงเป็นเส้นตรง อย่างไรก็ตาม ในแหล่งที่มาจริงหรือในทางปฏิบัติ มักจะมีความต้านทานภายในที่ส่งผลต่อเอาท์พุตของมันเสมอ
สำคัญ! SP สามารถเชื่อมต่อแบบขนานได้เฉพาะในกรณีที่มีค่าแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน การเชื่อมต่อแบบอนุกรมจะส่งผลต่อแรงดันเอาต์พุต
ความต้านทานภายในของแหล่งจ่ายไฟจะแสดงว่ามีการเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับวงจร
แหล่งพลังงานปัจจุบันและความต้านทานภายใน
ก็ให้พิจารณาดู วงจรง่ายๆโดยที่แบตเตอรี่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า E และความต้านทานภายใน r และจ่ายกระแส I ให้กับตัวต้านทานภายนอกที่มีความต้านทาน R ตัวต้านทานภายนอกสามารถเป็นโหลดแอคทีฟใดๆ ก็ได้ วัตถุประสงค์หลักของวงจรคือเพื่อถ่ายโอนพลังงานจากแบตเตอรี่ไปยังโหลด ซึ่งทำหน้าที่ทำสิ่งที่มีประโยชน์ เช่น ให้แสงสว่างแก่ห้อง
คุณสามารถได้รับการพึ่งพาพลังที่มีประโยชน์จากการต่อต้าน:
- ความต้านทานที่เท่ากันของวงจรคือ R + r (เนื่องจากความต้านทานโหลดเชื่อมต่อเป็นอนุกรมกับโหลดภายนอก)
- กระแสที่ไหลในวงจรจะถูกกำหนดโดยนิพจน์:
- กำลังขับ EMF:
ริช. = E x I = E²/(R + r);
- พลังงานกระจายไปเป็นความร้อนที่ความต้านทานแบตเตอรี่ภายใน:
Pr = I² x r = E² x r/(R + r)²;
- กำลังส่งไปโหลด:
P(R) = I² x R = E² x R/(R + r)²;
- ริช. = Pr + P(R)
ดังนั้นพลังงานเอาต์พุตส่วนหนึ่งของแบตเตอรี่จึงสูญเสียไปทันทีเนื่องจากการกระจายความร้อนผ่านความต้านทานภายใน
ตอนนี้คุณสามารถพล็อตการพึ่งพาของ P(R) บน R และค้นหาว่าโหลดใดที่พลังงานที่มีประโยชน์จะรับค่าสูงสุด เมื่อวิเคราะห์ฟังก์ชันสำหรับสุดขั้ว ปรากฎว่าเมื่อ R เพิ่มขึ้น P(R) จะเพิ่มขึ้นแบบโมโนโทนจนกระทั่งถึงจุดที่ R ไม่เท่ากับ r ณ จุดนี้ กำลังที่มีประโยชน์จะสูงสุด และจากนั้นจะเริ่มลดลงแบบซ้ำซากจำเจโดยเพิ่ม R ต่อไป
P(R)max = E²/4r เมื่อ R = r ในกรณีนี้ I = E/2r
สำคัญ!นี่เป็นผลลัพธ์ที่สำคัญมากในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า การถ่ายโอนพลังงานระหว่างแหล่งพลังงานและโหลดภายนอกจะมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อความต้านทานโหลดตรงกับความต้านทานภายในของแหล่งกระแส
หากความต้านทานโหลดสูงเกินไป กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรจะมีค่าน้อยพอที่จะถ่ายโอนพลังงานไปยังโหลดในอัตราที่สามารถประเมินได้ ถ้าความต้านทานโหลดต่ำเกินไปแล้ว ส่วนใหญ่พลังงานเอาต์พุตจะกระจายไปเป็นความร้อนภายในตัวจ่ายไฟเอง
เงื่อนไขนี้เรียกว่าการประสานงาน ตัวอย่างหนึ่งของการจับคู่อิมพีแดนซ์ของแหล่งกำเนิดและโหลดภายนอกคือเครื่องขยายเสียงและลำโพง Zout อิมพีแดนซ์เอาต์พุตของเครื่องขยายเสียงตั้งค่าไว้ที่ 4 ถึง 8 โอห์ม ในขณะที่ Zin อิมพีแดนซ์อินพุตปกติของลำโพงอยู่ที่ 8 โอห์มเท่านั้น จากนั้น หากเชื่อมต่อลำโพง 8 โอห์มเข้ากับเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียง ก็จะเห็นว่าลำโพงมีโหลด 8 โอห์ม การเชื่อมต่อลำโพง 8 โอห์มสองตัวขนานกันเทียบเท่ากับเครื่องขยายเสียงที่ขับเคลื่อนลำโพง 4 โอห์มตัวเดียว และการกำหนดค่าทั้งสองอยู่ภายในคุณลักษณะเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียง
ประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายปัจจุบัน
เมื่อทำงาน ไฟฟ้าช็อตการเปลี่ยนแปลงพลังงานเกิดขึ้น งานเต็มรูปแบบที่ทำโดยแหล่งกำเนิดจะไปที่การแปลงพลังงานตลอดวงจรไฟฟ้าทั้งหมด และงานที่มีประโยชน์เฉพาะในวงจรที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟเท่านั้น
การประเมินเชิงปริมาณของประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดปัจจุบันนั้นทำตามตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดซึ่งกำหนดความเร็วของงาน – พลัง:
ผู้ใช้พลังงานไม่ได้ใช้กำลังเอาท์พุตทั้งหมดของ IP ทั้งหมด อัตราส่วนของพลังงานที่ใช้และพลังงานที่มาจากแหล่งกำเนิดคือสูตรประสิทธิภาพ:
η = กำลังที่มีประโยชน์/กำลังเอาท์พุต = Ppol./Pout
สำคัญ!ตั้งแต่ ป.ล. ในเกือบทุกกรณีน้อยกว่า Pout η ต้องไม่มากกว่า 1
สูตรนี้สามารถแปลงได้โดยการแทนที่นิพจน์ด้วยกำลัง:
- แหล่งพลังงานเอาต์พุต:
ริช. = ฉัน x E = I² x (R + r) xt;
- พลังงานที่ใช้ไป:
รพล. = ฉัน x U = I² x R xt;
- ค่าสัมประสิทธิ์:
η = ป.ล./มุ่ย = (I² x R x t)/(I² x (R + r) x t) = R/(R + r)
นั่นคือประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของความต้านทาน: ภายในและโหลด
มักใช้ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพเป็นเปอร์เซ็นต์ จากนั้นสูตรจะอยู่ในรูปแบบ:
η = R/(R + r) x 100%
จากนิพจน์ผลลัพธ์ จะเห็นได้ชัดว่าหากตรงตามเงื่อนไข (R = r) ค่าสัมประสิทธิ์ η = (R/2 x R) x 100% = 50% เมื่อพลังงานที่ส่งมีประสิทธิภาพมากที่สุด ประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายไฟจะอยู่ที่เพียง 50% เท่านั้น
การใช้สัมประสิทธิ์นี้ประเมินประสิทธิภาพของผู้ประกอบการแต่ละรายและผู้ใช้ไฟฟ้า
ตัวอย่างค่าประสิทธิภาพ:
- กังหันก๊าซ – 40%;
- แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ – 15-20%;
- แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน – 89-90%;
- เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า – เกือบ 100%;
- หลอดไส้ – 5-10%;
- หลอดไฟ LED – 5-50%;
- หน่วยทำความเย็น – 20-50%
ตัวบ่งชี้พลังงานที่มีประโยชน์ได้รับการคำนวณสำหรับผู้บริโภคที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับประเภทของงานที่ทำ
วีดีโอ
กฎของโอห์มสำหรับวงจรที่สมบูรณ์:
ฉัน คือความแรงของกระแสในวงจร E คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับวงจร R - ความต้านทานของวงจรภายนอก r คือความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า
กำลังที่จ่ายไปในวงจรภายนอก
. (2)
จากสูตร (2) จะเห็นได้ว่าในกรณีไฟฟ้าลัดวงจร ( ร®0) และที่ ร® กำลังนี้เป็นศูนย์ สำหรับค่าสุดท้ายอื่นๆ ทั้งหมด ร พลัง ร 1 > 0 ดังนั้น ฟังก์ชัน ร 1 มีจำนวนสูงสุด ความหมาย ร 0 ซึ่งสอดคล้องกับกำลังสูงสุดสามารถรับได้โดยการแยกความแตกต่าง P 1 เทียบกับ R และหาอนุพันธ์อันดับหนึ่งให้เป็นศูนย์:
. (3)
จากสูตร (3) โดยคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่า R และ r เป็นบวกเสมอ และ E? 0 หลังจากการแปลงพีชคณิตอย่างง่ายเราได้รับ:
เพราะฉะนั้น, กำลังไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาในวงจรภายนอกถึง มูลค่าสูงสุดเมื่อความต้านทานของวงจรภายนอกเท่ากับความต้านทานภายในของแหล่งจ่ายกระแส
ในกรณีนี้ความแรงของกระแสในวงจร (5)
เท่ากับครึ่งหนึ่งของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร ในกรณีนี้ กำลังไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาในวงจรภายนอกจะมีค่าสูงสุดเท่ากับ
เมื่อแหล่งกำเนิดปิดอยู่กับความต้านทานภายนอก กระแสจะไหลภายในแหล่งกำเนิดและในเวลาเดียวกัน ความร้อนจำนวนหนึ่งจะถูกปล่อยออกมาที่ความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิด พลังงานที่ใช้ในการปลดปล่อยความร้อนนี้มีค่าเท่ากับ
ดังนั้น กำลังทั้งหมดที่ปล่อยออกมาในวงจรทั้งหมดจึงถูกกำหนดโดยสูตร
= ฉัน 2(ร+อาร์) = เช่น. (8)
ประสิทธิภาพ
ประสิทธิภาพแหล่งที่มาปัจจุบันมีค่าเท่ากัน . (9)
จากสูตร (8) เป็นไปตามนั้น
เหล่านั้น. ร 1 การเปลี่ยนแปลงกับการเปลี่ยนแปลงของกระแสในวงจรตามกฎพาราโบลาและรับค่าเป็นศูนย์ที่ I = 0 และที่ . ค่าแรกสอดคล้องกับวงจรเปิด (R>> r) ค่าที่สองสอดคล้องกับไฟฟ้าลัดวงจร (R<< r). Зависимость к.п.д. от силы тока в цепи с учётом формул (8), (9), (10) примет вид
จึงเกิดประสิทธิภาพ ถึงค่าสูงสุด h =1 ในกรณีของวงจรเปิด (I = 0) แล้วลดลงตามกฎเชิงเส้น กลายเป็นศูนย์ในกรณีของการลัดวงจร
การพึ่งพาอำนาจ P 1, P เต็ม = EI และประสิทธิภาพ แหล่งกำเนิดกระแสและความแรงของกระแสในวงจรแสดงในรูปที่ 1
รูปที่ 1. ฉัน 0 อี/อาร์
จากกราฟเห็นได้ชัดว่าเพื่อให้ได้ทั้งกำลังและประสิทธิภาพที่มีประโยชน์ เป็นไปไม่ได้. เมื่อกำลังไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาในส่วนภายนอกของวงจร P 1 ถึงค่าประสิทธิภาพสูงสุด ในขณะนี้มันเป็น 50%
วิธีการและขั้นตอนการวัด
ประกอบวงจรดังแสดงในรูปที่ บนหน้าจอ 2. ในการดำเนินการนี้ ขั้นแรกให้คลิกปุ่มซ้ายของเมาส์เหนือปุ่ม emf ที่ด้านล่างของหน้าจอ ย้ายมาร์กเกอร์เมาส์ไปยังส่วนการทำงานของหน้าจอที่มีจุดอยู่ คลิกปุ่มซ้ายของเมาส์ในส่วนการทำงานของหน้าจอซึ่งจะเป็นที่ตั้งของแหล่งกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า
จากนั้น วางตัวต้านทานอนุกรมกับแหล่งกำเนิด แทนความต้านทานภายใน (โดยการกดปุ่มที่ด้านล่างของหน้าจอก่อน) และแอมป์มิเตอร์ (ปุ่มอยู่ในตำแหน่งเดียวกัน) จากนั้นจัดเรียงตัวต้านทานโหลดและโวลต์มิเตอร์ในลักษณะเดียวกัน โดยวัดแรงดันตกคร่อมโหลด
เชื่อมต่อสายไฟเชื่อมต่อ ในการดำเนินการนี้ให้คลิกปุ่มลวดที่ด้านล่างของหน้าจอจากนั้นเลื่อนเครื่องหมายเมาส์ไปที่พื้นที่ทำงานของวงจร คลิกด้วยปุ่มซ้ายของเมาส์ในบริเวณพื้นที่ทำงานของหน้าจอที่ควรวางสายเชื่อมต่อ
4. ตั้งค่าพารามิเตอร์สำหรับแต่ละองค์ประกอบ โดยคลิกซ้ายที่ปุ่มลูกศร จากนั้นคลิกที่องค์ประกอบนี้ เลื่อนมาร์กเกอร์ของเมาส์ไปที่แถบเลื่อนของตัวควบคุมที่ปรากฏขึ้น คลิกที่ปุ่มซ้ายของเมาส์แล้วกดค้างไว้เปลี่ยนค่าพารามิเตอร์และตั้งค่าตัวเลขที่ระบุในตารางที่ 1 สำหรับตัวเลือกของคุณ
ตารางที่ 1. พารามิเตอร์เริ่มต้นของวงจรไฟฟ้า
ตัวเลือก |
||||||||
5. ตั้งค่าความต้านทานวงจรภายนอกเป็น 2 โอห์มกดปุ่ม "นับ" และเขียนการอ่านค่าของเครื่องมือวัดไฟฟ้าในบรรทัดที่สอดคล้องกันของตารางที่ 2
6. ใช้แถบเลื่อนตัวควบคุมเพื่อเพิ่มความต้านทานของวงจรภายนอกอย่างสม่ำเสมอ 0.5 โอห์มจาก 2 โอห์มเป็น 20 โอห์ม และกดปุ่ม "นับ" เพื่อบันทึกการอ่านค่าของเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าในตารางที่ 2
7. คำนวณโดยใช้สูตร (2), (7), (8), (9) P 1, P 2, P รวม และ ชม.สำหรับการอ่านค่าโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์แต่ละคู่และเขียนค่าที่คำนวณได้ในตารางที่ 2
8. สร้างกราฟกระดาษกราฟของการพึ่งพาหนึ่งแผ่น P 1 = f (R), P 2 = f (R), P รวม = f (R), h = f (R) และ U = f (R) .
9. คำนวณข้อผิดพลาดในการวัดและสรุปผลตามผลการทดลอง
ตารางที่ 2. ผลลัพธ์ของการวัดและการคำนวณ
พีเต็ม, เวอร์มอนต์ |
|||||||
คำถามและงานเพื่อการควบคุมตนเอง
- เขียนกฎจูล-เลนซ์ในรูปแบบอินทิกรัลและดิฟเฟอเรนเชียล
- กระแสไฟฟ้าลัดวงจรคืออะไร?
- พลังรวมคืออะไร?
- ประสิทธิภาพคำนวณอย่างไร? แหล่งที่มาปัจจุบัน?
- พิสูจน์ว่ากำลังที่มีประโยชน์มากที่สุดจะถูกปล่อยออกมาเมื่อความต้านทานภายนอกและภายในของวงจรเท่ากัน
- จริงหรือไม่ที่กำลังที่ปล่อยออกมาในส่วนภายในของวงจรมีค่าคงที่สำหรับแหล่งกำเนิดที่กำหนด
- โวลต์มิเตอร์เชื่อมต่อกับขั้วแบตเตอรี่ของไฟฉายซึ่งมีไฟ 3.5 V
- จากนั้นโวลต์มิเตอร์ก็ถูกตัดการเชื่อมต่อและมีการเชื่อมต่อหลอดไฟเข้าที่โดยที่ฐานที่เขียนไว้: P = 30 W, U = 3.5 V. หลอดไฟไม่ไหม้
- อธิบายปรากฏการณ์.
- เมื่อแบตเตอรี่ลัดวงจรสลับกับความต้านทาน R1 และ R2 ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในเวลาเดียวกันในปริมาณเท่ากัน กำหนดความต้านทานภายในของแบตเตอรี่
(12.11)
การลัดวงจรคือโหมดการทำงานของวงจรซึ่งมีความต้านทานภายนอก ร= 0 ในเวลาเดียวกัน
(12.12)
พลังงานสุทธิ ร ก = 0.
พลังงานเต็ม
(12.13)
กราฟการพึ่งพา ร ก (ฉัน) คือพาราโบลาซึ่งมีกิ่งก้านชี้ลง (รูปที่ 12.1) รูปเดียวกันนี้แสดงถึงการพึ่งพาประสิทธิภาพ บนความแข็งแกร่งในปัจจุบัน
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
ภารกิจที่ 1แบตเตอรี่ประกอบด้วย n= องค์ประกอบ 5 ตัวต่ออนุกรมกันด้วย อี= 1.4 V และความต้านทานภายใน ร= ตัวละ 0.3 โอห์ม พลังงานที่มีประโยชน์ของแบตเตอรี่ในปัจจุบันเท่ากับ 8 W เท่าใด? แบตเตอรี่ใช้งานได้สูงสุดเท่าใด?
ที่ให้ไว้: สารละลาย
n = 5 เมื่อเชื่อมต่อองค์ประกอบต่างๆ แบบอนุกรม กระแสไฟฟ้าในวงจร
อี= 1.4 โวลต์
(1)
ร ก= 8 W จากสูตรกำลังที่มีประโยชน์
มาแสดงออกกันเถอะ
ภายนอก ความต้านทาน รและแทนลงในสูตร (1)
ฉัน
-
?
-?
หลังจากการแปลงเราจะได้สมการกำลังสองซึ่งเราหาค่าของกระแสได้:
ก; ฉัน 2
=
ก.
ดังนั้นตามกระแส ฉัน 1 และ ฉัน 2 พลังที่มีประโยชน์เหมือนกัน เมื่อวิเคราะห์กราฟของการพึ่งพาพลังงานที่มีประโยชน์ในปัจจุบันจะเห็นได้ชัดว่าเมื่อใด ฉัน 1 การสูญเสียพลังงานน้อยลงและมีประสิทธิภาพสูงขึ้น
กำลังสุทธิสูงสุดที่ ร
=
n
ร;
ร
= 0,3
โอห์ม.
คำตอบ: ฉัน 1 = 2 ก; ฉัน 2 = ก; ปเอแม็กซ์ = อ
ภารกิจที่ 2กำลังที่มีประโยชน์ที่ปล่อยออกมาในส่วนภายนอกของวงจรมีค่าสูงสุด 5 W ที่กระแส 5 A ค้นหาความต้านทานภายในและแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดกระแส
ที่ให้ไว้: สารละลาย
ป amax = 5 W กำลังที่มีประโยชน์
(1)
ฉัน= 5 A ตามกฎของโอห์ม
(2)
กำลังสุทธิสูงสุดที่ ร = รจากนั้นจาก
ร
- ? อี- ? สูตร (1)
0.2 โอห์ม
จากสูตร (2) B.
คำตอบ: ร= 0.2 โอห์ม; อี= 2 โวลต์
ภารกิจที่ 3ต้องใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มี EMF 110V เพื่อส่งพลังงานในระยะทาง 2.5 กม. ผ่านสายไฟสองเส้น การใช้พลังงาน 10 กิโลวัตต์ ค้นหาหน้าตัดขั้นต่ำของสายไฟทองแดง หากการสูญเสียพลังงานในเครือข่ายไม่ควรเกิน 1%
ที่ให้ไว้: สารละลาย
อี =ความต้านทานของสายไฟ 110V
ล= 510 3 ม. โดยที่ - ความต้านทานของทองแดง ล- ความยาวของสายไฟ
ร ก = 10 4 ว ส- ส่วน.
= 1.7 10 -8 โอห์ม ม. การใช้พลังงาน ป ก = ฉัน อี, หมดพลัง
ร ฯลฯ = 100 วัตต์ออนไลน์ ป ฯลฯ = ฉัน 2 ร ฯลฯและเนื่องจากในการเพาะพันธุ์และผู้บริโภค
ส - ? ปัจจุบัน เหมือนกันแล้ว
ที่ไหน
เราได้รับแทนค่าตัวเลข
ม. 2
คำตอบ: ส= 710 -3 ม.2.
ภารกิจที่ 4ค้นหาความต้านทานภายในของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหากทราบว่ากำลังที่ปล่อยออกมาในวงจรภายนอกมีค่าเท่ากันสำหรับความต้านทานภายนอกสองค่า ร 1 = 5 โอห์ม และ ร 2 = 0.2 โอห์ม ค้นหาประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในแต่ละกรณีเหล่านี้
ที่ให้ไว้: สารละลาย
ร 1 = ร 2 กำลังไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาในวงจรภายนอกคือ ป ก = ฉัน 2 ร. ตามกฎของโอห์ม
ร 1 = 5 โอห์มสำหรับวงจรปิด
แล้ว
.
ร 2 = 0.2 โอห์ม โดยใช้เงื่อนไขปัญหา ร 1 = ร 2 เราได้รับ
ร
-?
การแปลงความเท่าเทียมกันที่เกิดขึ้นเราจะพบความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิด ร:
โอห์ม.
ปัจจัยด้านประสิทธิภาพคือปริมาณ
,
ที่ไหน ร ก– กำลังไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาในวงจรภายนอก ร- พลังงานเต็ม.
คำตอบ: ร= 1 โอห์ม; = 83 %;= 17 %.
ภารกิจที่ 5 EMF ของแบตเตอรี่ อี= 16 V ความต้านทานภายใน ร= 3 โอห์ม ค้นหาความต้านทานของวงจรภายนอกหากรู้ว่ามีการปล่อยพลังงานออกมา ร ก= 16 วัตต์ กำหนดประสิทธิภาพของแบตเตอรี่
ที่ให้ไว้: สารละลาย
อี= 16 V กำลังที่ปล่อยออกมาในส่วนภายนอกของวงจร ร ก = ฉัน 2 ร.
ร
=
3 โอห์ม เราค้นหาความแรงของกระแสโดยใช้กฎของโอห์มสำหรับวงจรปิด:
ร ก= 16 วัตต์แล้ว
หรือ
- ? ร- ? เราแทนที่ค่าตัวเลขของปริมาณที่กำหนดลงในสมการกำลังสองนี้แล้วแก้ให้ได้ ร:
โอห์ม; ร 2 = 9 โอห์ม
คำตอบ: ร 1 = 1 โอห์ม; ร 2 = 9 โอห์ม;
ภารกิจที่ 6หลอดไฟสองดวงเชื่อมต่อกับเครือข่ายแบบขนาน ความต้านทานของหลอดแรกคือ 360 โอห์ม ความต้านทานของหลอดที่สองคือ 240 โอห์ม หลอดไฟชนิดใดดูดซับพลังงานได้มากที่สุด? กี่ครั้ง?
ที่ให้ไว้: สารละลาย
ร 1 = 360 โอห์ม กำลังไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาในหลอดไฟคือ
ร 2 = 240 โอห์ม ป = ฉัน 2 ร (1)
-
?
เมื่อต่อแบบขนานหลอดไฟจะมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน ดังนั้น เปรียบเทียบกำลังด้วยการแปลงสูตร (1) โดยใช้กฎของโอห์มจะดีกว่า
แล้ว
เมื่อเชื่อมต่อหลอดไฟแบบขนาน จะมีการปล่อยพลังงานเข้าสู่หลอดไฟมากขึ้นโดยมีความต้านทานต่ำ
คำตอบ:
ภารกิจที่ 7ผู้บริโภคสองคนที่มีการต่อต้าน ร 1 = 2 โอห์ม และ ร 2 = 4 โอห์มเชื่อมต่อกับเครือข่าย DC ในครั้งแรกแบบขนาน และครั้งที่สองในอนุกรม ในกรณีใดที่ใช้พลังงานจากเครือข่ายมากขึ้น? พิจารณากรณีเมื่อ ร 1 = ร 2 .
ที่ให้ไว้: สารละลาย
ร 1 = 2 โอห์ม การใช้พลังงานจากเครือข่าย
ร 2 = 4 โอห์ม
(1)
-
?
ที่ไหน ร– การต่อต้านผู้บริโภคทั่วไป ยู– แรงดันไฟฟ้าเครือข่าย เมื่อเชื่อมต่อผู้บริโภคแบบขนานจะมีความต้านทานรวม
และตามลำดับ ร
= ร 1
+ ร 2 .
ในกรณีแรกตามสูตร (1) การใช้พลังงาน
และในวินาที
ที่ไหน
ดังนั้น เมื่อโหลดเชื่อมต่อแบบขนาน จะมีการใช้พลังงานจากเครือข่ายมากกว่าเมื่อเชื่อมต่อแบบอนุกรม
ที่
คำตอบ:
ภารกิจที่ 8. เครื่องทำความร้อนหม้อไอน้ำประกอบด้วยสี่ส่วนโดยมีความต้านทานของแต่ละส่วนคือ ร= 1 โอห์ม เครื่องทำความร้อนใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ด้วย อี = 8 V และความต้านทานภายใน ร= 1 โอห์ม ควรเชื่อมต่อองค์ประกอบเครื่องทำความร้อนอย่างไรเพื่อให้น้ำในหม้อไอน้ำร้อนขึ้นในเวลาที่สั้นที่สุด? พลังงานทั้งหมดที่ใช้โดยแบตเตอรี่และประสิทธิภาพของแบตเตอรี่เป็นเท่าใด?
ที่ให้ไว้:
ร 1 = 1 โอห์ม
อี = 8 ว
ร= 1 โอห์ม
สารละลาย
แหล่งกำเนิดจะให้พลังงานที่มีประโยชน์สูงสุดหากมีความต้านทานภายนอก รเท่ากับภายใน ร.
ดังนั้นเพื่อให้น้ำร้อนขึ้นในเวลาที่สั้นที่สุดจึงจำเป็นต้องเปิดส่วนต่างๆ
ถึง ร = ร. เงื่อนไขนี้เป็นไปตามการเชื่อมต่อแบบผสม (รูปที่ 12.2.a, b)
พลังงานที่ใช้โดยแบตเตอรี่คือ ร
= ฉัน
อี. ตามกฎของโอห์มสำหรับวงจรปิด
แล้ว
มาคำนวณกัน
32 วัตต์;
คำตอบ: ร= 32 วัตต์; = 50 %.
ปัญหาที่ 9*กระแสไฟฟ้าในตัวนำที่มีความต้านทาน ร= 12 โอห์ม ลดลงสม่ำเสมอจาก ฉัน 0 = 5 A ถึงศูนย์เมื่อเวลาผ่านไป = 10 วิ ในระหว่างนี้ตัวนำความร้อนจะถูกปล่อยออกมาเท่าใด?
ที่ให้ไว้:
ร= 12 โอห์ม
ฉัน 0 = 5 ก
ถาม - ?
สารละลายเนื่องจากความแรงของกระแสในตัวนำเปลี่ยนแปลงไปจึงคำนวณปริมาณความร้อนโดยใช้สูตร ถาม = ฉัน 2 ร ทีไม่สามารถใช้งานได้
ลองใช้ส่วนต่างกัน ดีคิว
=
ฉัน
2 ร
dt, แล้ว
เนื่องจากความสม่ำเสมอของการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบัน เราสามารถเขียนได้ ฉัน
=
เค
ที, ที่ไหน เค– สัมประสิทธิ์สัดส่วน
ค่าตัวประกอบสัดส่วน เคเราหาได้จากเงื่อนไขที่ว่าเมื่อไร
= กระแส 10 วินาที ฉัน 0 = 5 ก, ฉัน 0
= เค
, จากที่นี่
ลองแทนค่าตัวเลข:
เจ.
คำตอบ: ถาม= 1,000 เจ