1.2.4 Работа и мощность электрического тока

Способность электрического тока совершать работу назы­вается электрической энергией. Энергия проявляется только в виде работы, а последняя является единственной мерой определения количества энергии.

Если в электрическую цепь включен источник тока, имеющий напряжение U, то за время t источник тока перенесет от одного полюса к другому количество электричества Q = It. При этом будет совершена работа

Работа, произведенная током в течение 1 с, называется мощностью:

Единица мощности электрического тока называется ватт.

1 ватт (Вт) — это мощность, совершаемая электрическим током 1 ампер при напряжении 1 вольт.

На практике пользуются единицами больше и меньше ватта:

1 гектоватт (гВт) = 100 Вт;

1 киловатт (кВт) = 10³ Вт;

1 мегаватт (МВт) = 10⁶ Вт;

1 милливатт (мВт) = 10^-3 Вт;

1 микроватт (мкВт) = 10^-6 Вт.

Мощность любого источника электродвижущей силы расходу­ется во внешней и внутренней цепях. Мощность, расходуемая во внешней цепи, называется полезной мощностью. Расход мощности на внутреннем сопротивлении источника называется мощностью потерь.

Сумма полезной мощности и мощности потерь дает полную мощность источника.

Полезная мощность равна нулю при разрыве внешней цепи и коротком замыкании. Наибольшая полезная мощность на нагрузке равна половине полной мощности и получается при равенстве внешнего и внутреннего сопротивлений электрической цепи (R=Rо). При этом напряжение на зажимах источника, а значит, и на нагрузке равно половине ЭДС (U=U/2). Электрическая мощ­ность измеряется ваттметром.

Отношение полезной мощности Р_п к общей мощности Р₀бщ называется коэффициентом полезного действия источника (КПД):

Работа электрического тока (электрическая энергия) измеря­ется в джоулях (ватт-секунда) и более крупных единицах: ватт- час (Вт·ч), гектоватт-час (гВт·ч), киловатт-час (кВт·ч).

1 Вт·ч = 3600 Вт·сек или 3600 Дж;

1 гВт·ч=100 Вт·ч;

1 кВт·ч = 1000 Вт·ч.

1.2.5 Тепловое действие электрического тока

Прохождение. электрического тока по проводникам вызывает их нагревание. Это явление было открыто русским учеными Э.X. Ленцем и англичанином Джоулем в 1844 г. Они устано­вили, что количество тепла Q (Дж), выделяющегося при прохож­дении электрического тока по проводнику, пропорционально квад­рату величины тока I² (А), сопротивлению R (Ом) и времени t (с), в течение которого проходит ток:

где 0,24 — коэффициент пропорциональности, или тепловой экви­валент.

На свойстве электрического тока нагревать проводники осно­вано применение нагревательных приборов: электрических паяль­ников, плиток, чайников, утюгов и т. д. Это же свойство исполь­зуется при электрическом освещении.

Наряду с широким использованием нагревательных свойств тока это явление в ряде случаев является нежелательным. Нагре­вание приводит к увеличению электрического сопротивления про­водников. Это вызывает необходимость увеличивать поперечные сечения соединительных кабелей, линий электропередач. Чрез­мерное нагревание приводит к нарушению изоляции проводов.

Особенно опасным является короткое замыкание. Коротким замыканием называется соединение полюсов источника тока или токонесущих проводов через очень малое сопротивление, практи­чески равное нулю. При коротком замыкании величина тока уве­личивается в десятки и сотни раз. Ток короткого замыкания на­столько велик, что может привести к воспламенению изоляции проводов и даже разрушению источника тока.

Для защиты проводов и источника тока применяются плавкие предохранители. Предохранитель представляет собой тонкую проволоку или пластинку, рассчитанную на прохождение определен­ного тока. В электрическую цепь он включается последовательно. При токе больше допустимого предохранитель плавится, электри­ческая цепь разрывается и ток прекращается. Вышедшие из строя предохранители можно восстановить, заменив расплавившуюся проволоку.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется величиной тока и в каких единицах она из­меряется?

2. Сопротивление проводника и единицы измерения его.

3. Что такое ЭДС и в каких единицах она измеряется?

4. Как формулируется закон Ома для всей цепи и для её участка?

5. Особенности параллельного и последовательного соединений сопротивлений.

6. Работа и мощность электрического тока и единицы измерения их.