- •Кафедра «Пожарная безопасность в электроустановках» лекция
- •План лекции:
- •1.Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности курсантов к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие, записывается тема занятия(время 10 мин.)
- •2. Введение (5 мин.).
- •Вопрос № 1. Закон Ома (10 мин.)
- •Вопрос №2. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца (15 мин.)
- •Освещение
- •Вопрос №3. Эквивалентные преобразования в электрических цепях (20 мин.)
- •Вопрос №4. Электрические измерения (10 мин.)
- •5. Заключение (10 мин.)
- •К следующему занятию курсанты должны:
Вопрос №2. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца (15 мин.)
Способность тела производить работу называется энергией тела. Таким образом, мерой количества энергии является работа. Энергия тела тем больше, чем большую работу может произвести это тело при своем движении. Энергия не исчезает, а переходит из одной формы в другую. Например, в генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую энергию, а в двигателе – электрическая в механическую. Однако не вся энергия является полезной, т.е. часть ее расходуется на преодоление внутреннего сопротивления источника и проводов.
Работа электрического тока численно равна произведению напряжения, силы тока в цепи и времени его прохождения. Единица измерения – Джоуль.
Для измерения работы или энергии электрического тока используется электроизмерительный прибор − счетчик электрической энергии.
Электрическая энергия помимо джоулей измеряется в ватт-часах или киловатт-часах:
1 Вт·ч = 3 600 Дж, 1 кВт·ч = 1 000 Вт·ч.
Мощность электрического тока – это работа, производимая (или потребляемая) в единицу времени. Единица измерения – Ватт.
Для измерения мощности электрического тока используется электроизмерительный прибор − ваттметр.
Кратными единицами измерения мощности являются киловатт или мегаватт:
1 кВт = 1 000 Вт, 1 МВт = 1 000 000 Вт.
В табл. 1 приведена мощность ряда устройств.
Таблица 1
Название устройства |
Мощность устройства, кВт |
Лампа карманного фонаря |
0,001 |
Холодильник домашний |
0,11 − 0,16 |
Лампы осветительные (бытовые) |
0,015 − 0,2 |
Электрический утюг |
0,3 − 1 |
Стиральная машина |
0,35 − 0,6 |
Электрическая плита |
0,6; 0,8; 1; 1,25 |
Электропылесос |
до 0,6 |
Лампы в звездах башен Кремля |
5 |
Двигатель электровоза ВЛ10 |
650 |
Электродвигатель прокатного стана |
6000 − 9000 |
Гидрогенератор Братской ГЭС |
250 000 |
Турбогенератор |
50 000 − 1 200 000 |
Соотношения между мощностью, током, напряжением и сопротивлением приведены на рис. 1.
P U
I R
R·I
Рис. 1
Скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в источнике в электрическую называется мощностью источника:
где Wи – электрическая энергия источника.
Скорость, с которой электрическая энергия преобразуется в приемнике в другие виды энергии, в частности в тепловую, называется мощностью приемника:
Мощность, определяющая непроизвольный расход энергии, например, на тепловые потери в источнике или в проводниках, называют мощностью потерь:
По закону сохранения энергии мощность источника равна сумме мощностей потребителей и потерь:
Это выражение представляет собой баланс мощностей.
Эффективность передачи энергии от источника к приемнику характеризует коэффициент полезного действия (КПД) источника:
где Р1 или Рист – мощность, отдаваемая источником энергии во внешнюю цепь;
Р2 – мощность, получаемая извне или потребляемая мощность;
∆P или Р0 (Рвн) – мощность, расходуемая на преодоление потерь в источник или приемнике энергии.
Электрический ток представляет собой направленное движение электрически заряженных частиц. При столкновении движущихся частиц с молекулами и ионами вещества кинетическая энергия движущихся частиц передается ионам и молекулам, вследствие чего происходит нагревание проводника. Таким образом, электрическая энергия преобразуется в тепловую.
В 1844 г. русским академиком Э.Х. Ленцем и английским ученым Джоулем одновременно и независимо друг от друга был открыт закон, описывающий тепловое действие тока.
Закон Джоуля-Ленца: при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое проводником, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекает по проводнику:
где Q– количество теплоты, Дж, I – сила тока, А; R – сопротивление проводника, Ом; t – время, в течение которого электрический ток протекал по проводнику, с.
Закон Джоуля-Ленца используют при расчетах тепловых режимов источников электроэнергии, линий электропередачи, потребителей и других элементов электрической цепи. Преобразование электроэнергии в тепловую имеет очень большое практическое значение. Вместе с тем тепловое действие во многих случаях оказывается вредным (рис. 2).