Вопрос № 5.
Мощность и энергия электрического тока.
В природе и технике непрерывно происходят процессы превращения энергии из одного вида в другой. В источниках электрической энергии различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. Например, в электрических генераторах, приводимых во вращение каким-либо механизмом, происходит превращение механической энергии в электрическую, в аккумуляторах при их разряде происходит превращение химической энергии в электрическую, а в фотоэлементах — лучистой энергии в электрическую. Приемники электрической энергии, наоборот, электрическую энергию превращают в другие виды энергии — тепловую, механическую, химическую, лучистую и пр.
Мерой количества энергии является работа. Работа W, совершаемая электрическим током за время t при известном напряжении U силе тока I, равна произведению напряжения на силу тока и на время его действия:
W = U*I*t
Работа, совершаемая электрическим током силой 1 А при напряжении 1 В в течение 1 с, принята за единицу электрической энергии. Эта единица называется джоулем (Дж).
Электрическая мощность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.
Мощность Р при неизменных значениях U и I равна произведению напряжения U на силу тока I:
P = UI
Используя закон Ома для определения силы тока и напряжения, можно получить и другие выражения для мощности. Если заменить в данной формуле напряжение U=IR или силу тока I=U/R, то получим:
P = I?R
или
P = U?/R
Следовательно, электрическая мощность равна произведению квадрата силы тока на сопротивление, или электрическая мощность квадрату напряжения, поделенному на сопротивление, либо квадрату напряжения, умноженному на проводимость.

Баланс мощностей в цепи постоянного тока
Баланс мощностей является следствием закона сохранения энергии. В соответствии с ним суммарная мощность вырабатываемая (генерируемая) источниками электрической энергии равна сумме мощностей потребляемой в цепи. Баланс мощностей используют для проверки правильности расчета электрических цепей.
?EiIi = ?RjIj? , где:
?EiIi – алгебраическая сумма мощностей, развиваемых источниками (Если положительное направление тока через источник ЭДС, то источник ЭДС работает в режиме генератора и произведение E*I>0. Если же направление I и E противоположны, то источник ЭДС потребляет энергию, т.е. работает в режиме приёмника и произведение E*I<0). ?RjIj? – сумма мощностей всех приёмников. Данное уравнение называется уравнением баланса мощности для цепей постоянного тока. Уравнение может быть написано как для действительных направлений ЭДС, напряжений и токов, так и для случая, когда направление обхода электрической цепи было выбрано произвольно. Чтобы уравнение баланса мощности давало более наглядное представление о характере энергетических процессов, целесообразнее составлять его для действительных направлений ЭДС, напряжений и токов. Вопрос 54. Системы измерительных приборов - это классификация электроизмерительных приборов по физическому принципу действия измерительного механизма, то есть по способу преобразования электрической величины в механическое действие подвижной части. Электродинамическая измерительная система основана на том, что вращательный момент создаётся между двумя катушками с током: одной, неподвижно закрепленной, и другой, сидящей на оси и могущей поворачиваться. Вращательный момент пропорционален произведению токов в катушках. Электродинамическое усилие основано на взаимодействии обоих токов с полями (закон Ампера). На нижеприведённом рисунке показано устройство электродинамического прибора: Катушка 1 (здесь — состоящая из двух половин) неподвижно закреплена. К подвижной катушке 2, укрепленной на оси при¬бора 3, ток подводится через спиральные пружины 4, которые одновременно служат для создания противодействующего момента. При пропускании тока по виткам обеих катушек они создадут магнитные поля, которые, взаимодействуя между со¬бой, будут стремиться повернуть ка¬тушку 2 так, чтобы ее магнитное поле и поле катушки 1 совпадали по направлению. Кроме круглых кату¬шек, встречаются конструкции при¬боров с прямоугольными катушками. Магнитное поле каждой катушки за¬висит от тока, поэтому сила взаимо¬действия обеих катушек пропорцио¬нальна квадрату тока. Следовательно, шкала прибора неравномерна. Одновременное изменение направления тока в обеих катушках не меняет направления силы взаимодействия. Поэтому электродинамические приборы применяются в це¬пях как постоянного, так и переменного тока. В цепях переменного тока приборы этой системы показывают действующее значение измеряемой величины. Электродинамические приборы употребляют для измерения силы тока, напряжения и мощности. Катушки электродинамических приборов соединяются меж¬ду собой в зависимости от их назначения. В амперметрах катушки в большинстве случаев соединяют параллельно, в вольтметрах — последовательно, а в ваттметрах одна катушка включается в цепь последовательно, как амперметр, а другая — параллельно нагрузке, как вольтметр. К недостаткам данных приборов нужно отнести: - боль¬шое потребление мощности, составляю¬щее: в амперметрах 5—10 вт, в вольт¬метрах 7—15 вт; - чувствительность к перегрузкам (при перегрузках при¬бора спиральные пружинки теряют упругость и могут даже перегореть); - влияние на показание прибора внешних магнитных полей (вследствие слабого собственного поля прибора). Ферродинамическая система подобна электродинамической, но для увеличения вращательного момента в конструкции предусматривается сердечник из ферромагнитного материала. У ферродинамических приборов неподвижные обмотки помещаются на стальном сердечнике, который усиливает магнитное поле и вращающий момент прибора, а также уменьшает влияние внешних магнитных полей на его пока¬зания. На нижеприведённом рисунке показано устройство ферродинамического прибора: Неподвижная катушка 1 наматывается на ярмо 2 из листовой электротехнической стали. Внутри подвижной катушки 3 закреплен стальной цилиндр 4. Подвижная катушка вращается вокруг цилиндрического сердечника. Усиление магнитного поля прибора приводит к увеличению вращающего момента и к уменьшению влияния внешних магнитных полей. Но присутствие стали имеет и отрицательное влияние, так как возникают дополнительные погрешности (например, при пере¬менном токе потери на гистерезис и вихревые токи). Точность ферродинамических приборов меньше, чем электродинамических при¬боров. Благодаря большому вращающему моменту приборы этой системы часто применяются в качестве самопишущих приборов. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники / Л.А. Бессонов. – М., 2007. 2. Бычков, Ю.А. Основы ТОЭ / Ю.А. Бычков. – М., 2008. 3. Иванов, И.А. и др. Электротехника. Основные положения, примеры и задачи / И.А. Иванов, А.Ф. Лукин, Г.И. Соловьев. – М., 2011. 4. Савельев, И.В. Курс общей физики / И.В. Соловьев. – М., 2001. 5. Цуркин, А.П., Мосолов Д.Н Курс электротехники и электроники: учеб. пособ. / А.П. Цуркин, Д.Н. Мосолов. – М., 2012.