2.4 Уравнения энергетического баланса, баланса мощности,
баланса напряжений и КПД электрической цепи
Энергия электрического поля, согласно закону сохранения энергии, равна
WП =А (А – работа внешних сил).
Отношение этой работы к величине разделённого заряда выражает значение ЭДС:
Мощность источника
Для оценки эффективности работы источника определяют его коэффициент полезного действия
,
где
мощность потерь энергии в электроприёмнике.
Если проводник R в схеме электрической цепи является электроприёмником и к нему приложено напряжение U, а заряд перемещённых частиц равен Q=It; то энергия электрического поля равна
Аналогично источнику можно вычислить мощность приёмника
Применяя к схеме простейшей электрической цепи закон сохранения энергии, составим уравнение энергетического баланса за время t, уравнение баланса мощности и уравнение баланса напряжений:
уравнение
энергетического баланса;
уравнение
баланса мощности;
уравнение
баланса напряжений.
Отсюда закон Ома для простейшей электрической цепи приобретает вид:
где
2.5 Законы Кирхгофа
Для расчёта электрических цепей наряду с законом Ома применяются два закона Кирхгофа.
Первый закон Кирхгофа является следствием принципа непрерывности тока (сохранения заряда), применяется к узлам электрических цепей:
«В ветвях электрической цепи, соединенных в одном электрическом узле, сумма токов, направленных к узлу (Ii), равна сумме токов, направленных от узла (Ij)»:
.
Второй закон Кирхгофа является следствием закона сохранения энергии и применяется к контурам электрических цепей:
«В ветвях, образующих контур электрической цепи, алгебраическая сумма Э.Д.С. равна алгебраической сумме падения напряжения в пассивных элементах»:
.
При обходе контура положительными считают ЭДС и токи, направление которых совпадает с направлением обхода контура.
2.6 Пример расчёта электрической цепи
Задачи расчёта электрических цепей с одним источником Э.Д.С. в практике встречаются наиболее часто. Расчёт подобных цепей обычно решают методом преобразования схемы до простейшего вида.
