Dipendenza della potenza e dell'efficienza della sorgente di corrente dal carico

Dispositivi e accessori: pannello da laboratorio, due batterie, milliamperometro, voltmetro, resistori variabili.

Introduzione. Le fonti di corrente continua più utilizzate sono le celle galvaniche, le batterie e i raddrizzatori. Colleghiamo alla fonte di corrente la parte che necessita della sua energia elettrica (lampadina, radio, microcalcolatrice, ecc.). Questa parte del circuito elettrico è generalmente chiamata carico. Il carico presenta una certa resistenza elettrica R e consuma corrente dalla sorgente IO(Fig. 1).

Il carico costituisce la parte esterna del circuito elettrico. Ma c'è anche una parte interna del circuito: questa è in realtà la fonte di corrente stessa, ha una resistenza elettrica R, in esso scorre la stessa corrente IO. Il confine tra le sezioni interna ed esterna del circuito sono i terminali “+” e “–” della sorgente di corrente, a cui è collegato il consumatore

Nella Figura 1, la sorgente corrente è coperta da un contorno tratteggiato.

Sorgente di corrente con forza elettromotrice E crea una corrente in un circuito chiuso, la cui forza è determinata Legge di Ohm:

Quando la corrente scorre attraverso le resistenze R E R in essi viene rilasciata energia termica, determinata per legge Joule-Lenz. Potenza nella parte esterna del circuito R e – alimentazione esterna

Questo potere è utile.

Potenza dall'interno R io – potere interno. Non è disponibile per l'uso e lo è quindi perdite fonte di energia

Pieno fonte di alimentazione attuale Rè la somma di questi due termini,

Come si può vedere dalle definizioni (2,3,4), ciascuna delle potenze dipende sia dalla corrente circolante che dalla resistenza della parte corrispondente del circuito. Consideriamo questa dipendenza separatamente.

Dipendenza dal potereP e , P io , P dalla corrente di carico.

Tenendo conto della legge di Ohm (1), la potenza totale può essere scritta come segue:

Così, La potenza totale della sorgente è direttamente proporzionale consumo attuale.

Potenza rilasciata al carico ( esterno), C'è

È uguale a zero in due casi:

1) io = 0 e 2) E – Ir = 0. (7)

La prima condizione è valida per circuito aperto quando R , il secondo corrisponde al cosiddetto corto circuito sorgente quando la resistenza del circuito esterno R = 0 . In questo caso, la corrente nel circuito (vedi formula (1)) raggiunge il suo valore massimo – corrente di cortocircuito.

A questa corrente pieno il potere diventa massimo

R n.b = EI corto circuito =E 2 / R. (9)

Tuttavia, lei si distingue all'interno della fonte.

Scopriamo in quali condizioni diventa il potere esterno massimo. Dipendenza dal potere P e dalla corrente è (vedi formula (6)) parabolico:

La posizione del massimo della funzione è determinata dalla condizione:

dP e /dI = 0, dP e /dI = E – 2Ir.

La potenza utile raggiunge il suo valore massimo in corrente

che è la metà della corrente di cortocircuito (8), (vedi Fig. 2):

La potenza esterna a questa corrente è

(12)

quelli. la potenza esterna massima è un quarto della potenza massima totale della sorgente.

Potenza rilasciata dalla resistenza interna durante la corrente IO max è definito come segue:

, (13)

quelli. è anche un quarto della potenza totale massima della sorgente di corrente. Tieni presente che allo stato attuale IO massimo

P e = P io . (14)

Quando la corrente nel circuito tende al suo valore massimo IO corto circuito , potere interno

quelli. pari alla potenza massima della sorgente (9). Ciò significa che tutta la potenza della sorgente è assegnata al suo interno resistenza, che, ovviamente, è dannosa dal punto di vista della sicurezza della fonte di corrente.

Punti caratteristici del grafico delle dipendenze P e = P e (IO) mostrato in Fig. 2.

Efficienza si stima il funzionamento della sorgente attuale efficienza. L’efficienza è il rapporto tra la potenza utile e la potenza totale della sorgente:

 = P e / P.

Utilizzando la formula (6), l'espressione di efficienza può essere scritta come segue:

. (15)

Dalla formula (1) è chiaro che E – Io = IR c'è tensione U sulla resistenza esterna. Efficienza, quindi

 = U/ E . (16)

Dall'espressione (15) segue anche questo

 = (17)

quelli. L'efficienza della sorgente dipende dalla corrente nel circuito e tende al valore più alto, pari all'unità, in corrente IO  0 (Fig.3) . All'aumentare della corrente, l'efficienza diminuisce linearmente e va a zero durante un cortocircuito, quando la corrente nel circuito diventa massima. IO corto circuito = E/ R .

Dalla natura parabolica della dipendenza della potenza esterna dalla corrente (6) ne consegue che la stessa potenza grava sul carico P e può essere ottenuto a due diversi valori di corrente nel circuito. Dalla formula (17) e dal grafico (Fig. 3) risulta chiaro che per ottenere una maggiore efficienza dalla sorgente è preferibile operare a correnti di carico inferiori, dove questo coefficiente è più elevato.

2.Dipendenza dall'energiaP e , P io , P dalla resistenza del carico.

Consideriamo dipendenza completo, utile e interno alimentazione dall'esterno resistenzaR nel circuito sorgente con EMF E e resistenza interna R.

Pieno la potenza sviluppata dalla sorgente può essere scritta come segue se sostituiamo l'espressione corrente (1) nella formula (5):

Quindi la potenza totale dipende dalla resistenza del carico R. È massimo durante un cortocircuito, quando la resistenza del carico va a zero (9). Con resistenza al carico crescente R La potenza totale diminuisce, tendendo a zero R   .

Si distingue per la resistenza esterna

(19)

Esterno energia R e fa parte della potenza totale R e il suo valore dipende dal rapporto di resistenza R/(R+ R) . Durante un cortocircuito, la potenza esterna è zero. All'aumentare della resistenza R prima aumenta. A R  R la potenza esterna tende a raggiungere la sua massima ampiezza. Ma la potenza utile stessa diventa piccola, poiché la potenza totale diminuisce (vedi formula 18). A R  la potenza esterna tende a zero così come la potenza totale.

Quale dovrebbe essere la resistenza di carico da ricevere da questa fonte massimo potenza esterna (utile) (19)?

Troviamo il massimo di questa funzione dalla condizione:

Risolvendo questa equazione, otteniamo R massimo = R.

Così, La potenza massima viene rilasciata nel circuito esterno se la sua resistenza è uguale alla resistenza interna della sorgente di corrente. In queste condizioni, la corrente nel circuito è uguale a E/2 R, quelli. metà della corrente di cortocircuito (8). Potenza utile massima a questa resistenza

che coincide con quanto ottenuto sopra (12).

Potenza rilasciata alla resistenza interna della sorgente

A R P io  P, e quando R=0 raggiunge il suo massimo valore P io n.b = P n.b = E 2 / R. A R= R l'energia interna è mezza piena, P io = P/2 . A R R diminuisce quasi allo stesso modo di quello pieno (18).

La dipendenza dell'efficienza dalla resistenza della parte esterna del circuito è espressa come segue:

 = (23)

Dalla formula risultante segue che l'efficienza tende a zero quando la resistenza di carico si avvicina allo zero, e l'efficienza tende al valore più alto pari all'unità quando la resistenza di carico aumenta a R R. Ma la potenza utile diminuisce quasi quanto 1/ R (vedi formula 19).

Energia R e raggiunge il suo valore massimo a R massimo = R, l'efficienza è uguale, secondo la formula (23),  = R/(R+ R) = 1/2. Così, la condizione per ottenere la massima potenza utile non coincide con la condizione per ottenere la massima efficienza.

Il risultato più importante della considerazione è la corrispondenza ottimale dei parametri della sorgente con la natura del carico. Si possono distinguere tre aree: 1) R R, 2)R R, 3) R R. Primo si verifica il caso in cui è richiesta una bassa potenza dalla sorgente per lungo tempo, ad esempio negli orologi elettronici, nei microcalcolatori. La dimensione di tali fonti è piccola, la fornitura di energia elettrica in esse contenuta è piccola, deve essere spesa in modo economico, quindi devono funzionare con elevata efficienza.

Secondo caso - un cortocircuito nel carico, in cui viene rilasciata tutta la potenza della sorgente e i fili che collegano la sorgente al carico. Ciò porta a un riscaldamento eccessivo ed è una causa abbastanza comune di incendi e incendi. Pertanto, un cortocircuito di fonti di corrente ad alta potenza (dinamo, batterie, raddrizzatori) è estremamente pericoloso.

IN terzo caso, vogliono ottenere la massima potenza dalla fonte almeno per un corto tempo, ad esempio, quando si avvia il motore di un'auto utilizzando un avviamento elettrico, il valore di efficienza non è così importante. L'avviatore si accende per un breve periodo. Il funzionamento a lungo termine della fonte in questa modalità è praticamente inaccettabile, poiché porta al rapido scaricamento della batteria dell'auto, al suo surriscaldamento e ad altri problemi.

Per garantire il funzionamento delle fonti di corrente chimica nella modalità richiesta, sono collegate tra loro in un certo modo nelle cosiddette batterie. Gli elementi della batteria possono essere collegati in serie, parallelo o in un circuito misto. Questo o quello schema di connessione è determinato dalla resistenza del carico e dalla quantità di corrente consumata.

Il requisito operativo più importante per le centrali elettriche è la loro elevata efficienza. Dalla formula (23) è chiaro che il rendimento tende all'unità se la resistenza interna del generatore di corrente è piccola rispetto alla resistenza del carico

In parallelo, puoi connettere elementi che hanno lo stesso Campo elettromagnetico. Se connesso N elementi identici, quindi da una batteria del genere puoi ottenere corrente

Qui R 1 – resistenza di un elemento, E 1 – EMF di un elemento.

È vantaggioso utilizzare un collegamento di questo tipo con carichi a bassa resistenza, ad es. A R R. Poiché la resistenza interna totale della batteria quando collegata in parallelo diminuisce di N volte rispetto alla resistenza di un elemento, allora può essere avvicinato alla resistenza del carico. Grazie a ciò, l'efficienza della sorgente aumenta. Aumenta in N tempi e la capacità energetica degli elementi della batteria.

 R, allora è più vantaggioso collegare in serie gli elementi di una batteria. In questo caso, la fem della batteria sarà N volte maggiore della FEM di un elemento e dalla sorgente è possibile ottenere la corrente richiesta

Scopo questo lavoro di laboratorio è verifica sperimentale I risultati teorici ottenuti sopra sulla dipendenza della potenza totale, interna ed esterna (netta) e sull'efficienza della sorgente sia dalla potenza della corrente consumata che dalla resistenza del carico.

Descrizione dell'installazione. Per studiare le caratteristiche operative della sorgente di corrente, viene utilizzato un circuito elettrico, il cui schema è mostrato in Fig. 4. Come fonte di corrente vengono utilizzate due batterie alcaline NKN-45 collegate in sequenza in una batteria attraverso un resistore R , modellando la resistenza interna della sorgente.

La sua inclusione artificialmente aumenta la resistenza interna delle batterie, che 1) le protegge dal sovraccarico quando si passa alla modalità cortocircuito e 2) consente di modificare la resistenza interna della sorgente su richiesta dello sperimentatore. Come carico (resistenza del circuito esterno) p
vengono utilizzati due resistori variabili R 1 E R 2 . (una regolazione grossolana, l'altra fine), che fornisce una regolazione regolare della corrente su un ampio intervallo.

Tutti gli strumenti sono montati su un pannello da laboratorio. I resistori sono fissati sotto il pannello, le loro manopole di comando e i terminali si trovano nella parte superiore, vicino alla quale sono presenti le iscrizioni corrispondenti.

Misure. 1.Installare l'interruttore P in posizione neutra, interruttore V.C aprire. Ruotare le manopole della resistenza in senso antiorario finché non si fermano (questo corrisponde alla resistenza di carico più alta).

Assemblare il circuito elettrico secondo lo schema (Fig. 4), no unendomi per ora fonti attuali.

Dopo aver controllato il circuito assemblato da un insegnante o da un assistente di laboratorio, collegare le batterie E 1 E E 2 , rispettando la polarità.

Impostare la corrente di cortocircuito. Per fare ciò, impostare l'interruttore P alla posizione 2 (la resistenza esterna è zero) e utilizzando un resistore R impostare l'ago del milliamperometro sulla divisione limite (più a destra) della scala dello strumento: 75 o 150 mA. Grazie alla resistenza R nell'allestimento del laboratorio c'è possibilità di regolare resistenza interna della sorgente di corrente. Infatti la resistenza interna è un valore costante per questo tipo di sorgenti e non può essere modificato.

Imposta l'interruttore P posizionare 1 , attivando così la resistenza esterna (carico) R= R 1 + R 2 nel circuito sorgente.

Modifica della corrente nel circuito tramite 5...10 mA dal valore più alto a quello più basso utilizzando resistori R 1 E R 2 , registrare le letture del milliamperometro e del voltmetro (tensione di carico U) nella tabella.

Imposta l'interruttore P alla posizione neutra. In questo caso, alla sorgente di corrente è collegato solo un voltmetro, che ha una resistenza sufficientemente grande rispetto alla resistenza interna della sorgente, quindi la lettura del voltmetro sarà leggermente inferiore alla fem della sorgente. Poiché non c'è altro modo per determinarne il valore esatto, resta da prendere la lettura del voltmetro come E. (Vedi laboratorio n. 311 per ulteriori informazioni su questo.)

pag	mA	P e ,	P io ,	R,

Elaborazione dei risultati. 1. Per ciascun valore corrente, calcolare:

potenza totale secondo la formula (5),

potenza esterna (utile) secondo la formula,

potenza interna dal rapporto

resistenza della sezione esterna del circuito dalla legge di Ohm R= U/ IO,

Efficienza della sorgente di corrente secondo la formula (16).

Costruisci grafici delle dipendenze:

potenza totale, utile e interna dalla corrente IO (su una compressa),

potere totale, utile e interno dalla resistenza R(anche su un tablet); è più ragionevole costruire solo la parte del grafico corrispondente alla sua parte a bassa resistività e scartare 4-5 punti sperimentali su 15 nella regione ad alta resistività,

Efficienza delle fonti rispetto al consumo attuale IO,

Efficienza rispetto alla resistenza al carico R.

Dai grafici P e da IO E P e da R determinare la potenza netta massima nel circuito esterno P e massimo

Dal grafico P e da R determinare la resistenza interna della sorgente di corrente R.

Dai grafici P e da IO E P e da R trovare l'efficienza della sorgente corrente a IO massimo e a R massimo .

Domande di controllo

1.Disegna uno schema del circuito elettrico utilizzato nel lavoro.

2.Cos'è una fonte di corrente? Qual è il carico? Qual è la sezione interna della catena? Dove inizia e dove finisce la sezione esterna della catena? Perché è installato un resistore variabile? R ?

3.Che cosa si chiama potere esterno, utile, interno, totale? Quanta potenza si perde?

4. Perché si propone di calcolare la potenza utile in questo lavoro utilizzando la formula P e = UI, e non secondo la formula (2)? Giustificare queste raccomandazioni.

5. Confronta i risultati sperimentali ottenuti con quelli calcolati forniti nel manuale metodologico, sia quando si studia la dipendenza della potenza dalla corrente che dalla resistenza del carico.

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Considera un circuito chiuso non ramificato costituito da una sorgente di corrente e un resistore.

Applichiamo la legge di conservazione dell'energia all'intero circuito:

Perché , e per un circuito chiuso i punti 1 e 2 coincidono, la potenza delle forze elettriche in un circuito chiuso è zero. Ciò equivale all'affermazione già menzionata in precedenza sulla potenzialità del campo elettrico in corrente continua.

Quindi, dentro In un circuito chiuso tutto il calore viene rilasciato a causa del lavoro delle forze esterne:, o , e torniamo alla legge di Ohm, ora per un circuito chiuso: .

Piena potenza il circuito è chiamato potenza delle forze esterne, è anche uguale alla potenza termica totale:

Utile chiamare la potenza termica ceduta nel circuito esterno (indipendentemente dal fatto che sia utile o dannosa nel caso specifico):

(3).

Il ruolo delle forze elettriche in un circuito. Nel circuito esterno, sul carico R, le forze elettriche compiono un lavoro positivo e, quando spostano una carica all'interno di una sorgente di corrente, compiono un lavoro negativo della stessa grandezza. Nel circuito esterno il calore viene rilasciato a causa del lavoro del campo elettrico. Il lavoro fornito nel circuito esterno viene “restituito” dal campo elettrico all'interno della sorgente di corrente. Di conseguenza, tutto il calore nel circuito viene “pagato” dal lavoro di forze esterne: la fonte di corrente perde gradualmente l'energia chimica (o qualche altra) immagazzinata in essa. Il campo elettrico svolge il ruolo di “corriere”, fornendo energia al circuito esterno.

Dipendenza della potenza totale utile e del rendimento dalla resistenza del carico R .

Queste dipendenze si ottengono dalle formule (1 – 2) e dalla legge di Ohm per la catena completa:

. (4)

. (5)

Puoi vedere i grafici di queste dipendenze nella figura.

La potenza totale diminuisce monotonicamente all'aumentare , perché la corrente nel circuito diminuisce. Potenza lorda massima viene rilasciato a , cioè A corto circuito. La fonte di corrente svolge il massimo lavoro per unità di tempo, ma tutto serve a riscaldare la fonte stessa. La potenza apparente massima è

La potenza utile ha un massimo in (che puoi verificare prendendo la derivata della funzione (5) ed eguagliandola a zero). Sostituendo nell'espressione (5), troviamo la massima potenza utile:

Viene chiamata la potenza sviluppata dalla sorgente di corrente nell'intero circuito piena potenza.

È determinato dalla formula

dove P rev è la potenza totale sviluppata dalla sorgente di corrente nell'intero circuito, W;

E-uh. d.s. fonte, dentro;

I è l'intensità della corrente nel circuito, a.

In generale un circuito elettrico è costituito da una sezione esterna (carico) con resistenza R e sezione interna con resistenza R0(resistenza della sorgente di corrente).

Sostituendo il valore di e nell'espressione della potenza totale. d.s. attraverso le tensioni sulle sezioni del circuito, otteniamo

Grandezza interfaccia utente corrisponde alla potenza sviluppata sulla sezione esterna del circuito (carico), e si chiama potere utile Piano P =UI.

Grandezza U o io corrisponde alla potenza inutilmente spesa all'interno della sorgente, si chiama potere di perdita Po =U o io.

Pertanto la potenza totale è pari alla somma della potenza utile e della potenza dissipata P ob = P pavimento + P 0.

Il rapporto tra la potenza utile e la potenza totale sviluppata dalla sorgente è chiamato rendimento, abbreviato in rendimento, ed è indicato con η.

Dalla definizione segue

In qualsiasi condizione, efficienza η ≤ 1.

Se esprimiamo la potenza in termini di corrente e resistenza delle sezioni del circuito, otteniamo

Pertanto, l'efficienza dipende dal rapporto tra la resistenza interna della sorgente e la resistenza del consumatore.

Tipicamente, l'efficienza elettrica è espressa in percentuale.

Per l'ingegneria elettrica pratica, due domande sono di particolare interesse:

1. Condizione per ottenere la massima potenza utile

2. Condizione per ottenere la massima efficienza.

Condizione per ottenere la massima potenza utile (potenza a carico)

La corrente elettrica sviluppa la massima potenza utile (potenza al carico) se la resistenza del carico è uguale alla resistenza della sorgente di corrente.

Tale potenza massima è pari alla metà della potenza totale (50%) sviluppata dal generatore di corrente nell'intero circuito.

Metà della potenza viene sviluppata dal carico e metà dalla resistenza interna della sorgente di corrente.

Se riduciamo la resistenza del carico, la potenza sviluppata sul carico diminuirà e la potenza sviluppata sulla resistenza interna della sorgente di corrente aumenterà.

Se la resistenza di carico è zero, la corrente nel circuito sarà massima modalità cortocircuito (cortocircuito) . Quasi tutta la potenza sarà sviluppata dalla resistenza interna della sorgente di corrente. Questa modalità è pericolosa per la sorgente di corrente e anche per l'intero circuito.

Se aumentiamo la resistenza del carico, la corrente nel circuito diminuirà e diminuirà anche la potenza sul carico. Se la resistenza del carico è molto elevata, non ci sarà alcuna corrente nel circuito. Questa resistenza è detta infinitamente grande. Se il circuito è aperto, la sua resistenza è infinitamente grande. Questa modalità si chiama modalità stand-by.

Pertanto, nelle modalità vicine al cortocircuito e al vuoto, la potenza utile è piccola nel primo caso a causa della bassa tensione e nel secondo a causa della bassa corrente.

Condizione per ottenere la massima efficienza

Il fattore di efficienza (efficienza) è del 100% al minimo (in questo caso non viene rilasciata potenza utile, ma allo stesso tempo non viene consumata la potenza della sorgente).

All’aumentare della corrente di carico l’efficienza diminuisce secondo una legge lineare.

In modalità cortocircuito il rendimento è nullo (non esiste potenza utile, e la potenza sviluppata dalla sorgente viene completamente consumata al suo interno).

Riassumendo quanto sopra, possiamo trarre delle conclusioni.

La condizione per ottenere la massima potenza utile (R = R 0) e la condizione per ottenere la massima efficienza (R = ∞) non coincidono. Inoltre, quando si riceve la massima potenza utile dalla fonte (modalità di carico adattato), l'efficienza è del 50%, ovvero metà della potenza sviluppata dalla sorgente viene dispersa al suo interno.

Negli impianti elettrici potenti, la modalità di carico adattato è inaccettabile, poiché ciò comporta uno spreco di grandi potenze. Pertanto, per le stazioni e sottostazioni elettriche, le modalità operative di generatori, trasformatori e raddrizzatori sono calcolate in modo da garantire un'elevata efficienza (90% o più).

La situazione è diversa nella debole tecnologia attuale. Prendiamo ad esempio un apparecchio telefonico. Quando si parla davanti a un microfono, nel circuito dell’apparecchio viene creato un segnale elettrico con una potenza di circa 2 mW. Ovviamente, per ottenere la massima portata di comunicazione, è necessario trasmettere sulla linea quanta più potenza possibile, e ciò richiede una modalità di commutazione del carico coordinata. L’efficienza conta in questo caso? Ovviamente no, poiché le perdite di energia sono calcolate in frazioni o unità di milliwatt.

La modalità di carico adattato viene utilizzata nelle apparecchiature radio. Nel caso in cui non sia garantita una modalità coordinata quando il generatore e il carico sono collegati direttamente, vengono adottate misure per adattare le loro resistenze.

Quando si collegano gli apparecchi elettrici alla rete elettrica, di solito contano solo la potenza e l'efficienza dell'apparecchio elettrico stesso. Ma quando si utilizza una sorgente di corrente in un circuito chiuso, la potenza utile che produce è importante. La fonte può essere un generatore, un accumulatore, una batteria o elementi di una centrale solare. Questo non è di fondamentale importanza per i calcoli.

Parametri di alimentazione

Quando si collegano gli apparecchi elettrici all'alimentazione e si crea un circuito chiuso, oltre all'energia P consumata dal carico, vengono presi in considerazione i seguenti parametri:

Rapinare. (potenza totale della sorgente di corrente) rilasciata in tutte le sezioni del circuito;
EMF è la tensione generata dalla batteria;
P (potenza netta) consumata da tutte le sezioni della rete, ad eccezione della fonte attuale;
Po (perdita di potenza) spesa all'interno della batteria o del generatore;
resistenza interna della batteria;
Efficienza dell'alimentazione.

Attenzione! L'efficienza della sorgente e del carico non devono essere confuse. Se il coefficiente della batteria in un apparecchio elettrico è elevato, potrebbe essere basso a causa delle perdite nei cavi o nell'apparecchio stesso e viceversa.

Maggiori informazioni su questo.

Energia totale del circuito

Quando la corrente elettrica passa attraverso un circuito, viene generato calore o viene eseguito altro lavoro. Una batteria o un generatore non fanno eccezione. L'energia rilasciata su tutti gli elementi, compresi i fili, si chiama totale. Si calcola utilizzando la formula Rob.=Ro.+Rpol., dove:

Rapinare. - piena potenza;
Ro. – perdite interne;
Rpol. – potenza utile.

Attenzione! Il concetto di potenza apparente viene utilizzato non solo nei calcoli di un circuito completo, ma anche nei calcoli di motori elettrici e altri dispositivi che consumano energia reattiva insieme all'energia attiva.

La FEM, o forza elettromotrice, è la tensione generata da una sorgente. Può essere misurato solo in modalità X.X. (movimento inattivo). Quando un carico è collegato e appare la corrente, Uo viene sottratto dal valore EMF. – perdita di tensione all'interno del dispositivo di alimentazione.

Potenza netta

Utile è l'energia rilasciata nell'intero circuito, ad eccezione dell'alimentazione. Si calcola con la formula:

“U” – tensione ai terminali,
“I” – corrente nel circuito.

In una situazione in cui la resistenza del carico è uguale alla resistenza della sorgente di corrente, è massima e pari al 50% del valore totale.

Man mano che la resistenza di carico diminuisce, la corrente nel circuito aumenta insieme alle perdite interne e la tensione continua a diminuire e quando raggiunge lo zero la corrente sarà massima e limitata solo da Ro. Questa è la modalità K.Z. - corto circuito. In questo caso l'energia persa è pari al totale.

All'aumentare della resistenza di carico, la corrente e le perdite interne diminuiscono e la tensione aumenta. Quando si raggiunge un valore infinitamente grande (interruzione della rete) e I=0, la tensione sarà uguale alla FEM. Questa è la modalità X..X. - movimento inattivo.

Perdite all'interno dell'alimentatore

Batterie, generatori e altri dispositivi hanno una resistenza interna. Quando la corrente li attraversa, viene rilasciata l'energia di perdita. Si calcola utilizzando la formula:

dove “U®” è la caduta di tensione all'interno del dispositivo o la differenza tra la FEM e la tensione di uscita.

Resistenza di alimentazione interna

Per calcolare le perdite Ro. è necessario conoscere la resistenza interna del dispositivo. Questa è la resistenza degli avvolgimenti del generatore, dell'elettrolito nella batteria o per altri motivi. Non è sempre possibile misurarlo con un multimetro. Dobbiamo usare metodi indiretti:

quando il dispositivo è acceso in modalità inattiva, viene misurata E (EMF);
quando il carico è collegato, viene determinata Uout. (tensione di uscita) e corrente I;
Si calcola la caduta di tensione all'interno del dispositivo:

si calcola la resistenza interna:

Energia utile P ed efficienza

A seconda dei compiti specifici, è richiesta la massima potenza utile P o la massima efficienza. Le condizioni per questo non corrispondono:

P è massima a R=Ro, con efficienza = 50%;
L'efficienza è del 100% in modalità H.H., con P = 0.

Ottenere la massima energia all'uscita del dispositivo di alimentazione

Il massimo P si ottiene a condizione che le resistenze R (carico) e Ro (fonte elettrica) siano uguali. In questo caso, efficienza = 50%. Questa è la modalità “carico adattato”.

Oltre a questo, sono possibili due opzioni:

La resistenza R diminuisce, la corrente nel circuito aumenta e le perdite di tensione Uo e Po all'interno del dispositivo aumentano. In modalità cortocircuito (cortocircuito) la resistenza del carico è “0”, I e Po sono massimi e anche l'efficienza è 0%. Questa modalità è pericolosa per batterie e generatori, quindi non viene utilizzata. L'eccezione è la saldatura di generatori e batterie per auto praticamente fuori uso, che, all'avvio del motore e all'accensione del motorino di avviamento, funzionano in una modalità prossima al “cortocircuito”;
La resistenza al carico è maggiore di quella interna. In questo caso, la corrente di carico e la potenza P diminuiscono e con una resistenza infinitamente grande sono pari a "0". Questa è la modalità X.H. (movimento inattivo). Le perdite interne nella modalità Near-C.H. sono molto piccole e l'efficienza è vicina al 100%.

Di conseguenza, "P" è massimo quando le resistenze interna ed esterna sono uguali ed è minimo negli altri casi a causa delle elevate perdite interne durante il cortocircuito e della bassa corrente in modalità fredda.

La modalità di potenza netta massima con efficienza del 50% viene utilizzata nell'elettronica a basse correnti. Ad esempio, in un apparecchio telefonico Pout. microfono - 2 milliwatt, ed è importante trasferirlo il più possibile sulla rete, sacrificando l'efficienza.

Raggiungere la massima efficienza

La massima efficienza si ottiene nella modalità H.H. a causa dell'assenza di perdite di potenza all'interno della sorgente di tensione Po. All'aumentare della corrente di carico, l'efficienza diminuisce linearmente in modalità di cortocircuito. è uguale a “0”. La modalità di massima efficienza viene utilizzata nei generatori delle centrali elettriche dove il carico adattato, il Po utile massimo e l'efficienza del 50% non sono applicabili a causa di grandi perdite, che rappresentano la metà dell'energia totale.

Efficienza del carico

L'efficienza degli elettrodomestici non dipende dalla batteria e non raggiunge mai il 100%. L'eccezione sono i condizionatori e i frigoriferi che funzionano secondo il principio di una pompa di calore: il raffreddamento di un radiatore avviene riscaldando l'altro. Se non si tiene conto di questo punto, l'efficienza sarà superiore al 100%.

L'energia viene spesa non solo per eseguire lavori utili, ma anche per riscaldare fili, attrito e altri tipi di perdite. Nelle lampade, oltre all'efficienza della lampada stessa, è necessario prestare attenzione al design del riflettore, nei riscaldatori ad aria - all'efficienza del riscaldamento della stanza e nei motori elettrici - al cos φ.

Conoscere la potenza utile dell'elemento di alimentazione è necessario per eseguire i calcoli. Senza questo non è possibile raggiungere la massima efficienza dell’intero sistema.

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Parametri di alimentazione

Quando si collegano gli apparecchi elettrici all'alimentazione e si crea un circuito chiuso, oltre all'energia P consumata dal carico, vengono presi in considerazione i seguenti parametri:

Rapinare. (potenza totale della sorgente di corrente) rilasciata in tutte le sezioni del circuito;
EMF è la tensione generata dalla batteria;
P (potenza netta) consumata da tutte le sezioni della rete, ad eccezione della fonte attuale;
Po (perdita di potenza) spesa all'interno della batteria o del generatore;
resistenza interna della batteria;
Efficienza dell'alimentazione.

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