Tanım

Güç iş yapmak için kullanılan herhangi bir cihazın ana özelliği olarak kullanılan fiziksel bir niceliktir. Net güç görevi tamamlamak için kullanılabilir.

İşin ($\Delta A$) tamamlandığı zaman dilimine ($\Delta t$) oranına bu süre için ortalama güç ($\left\langle P\right\rangle $) denir:

\[\left\langle P\right\rangle =\frac(\Delta A)(\Delta t)\left(1\right).\]

Anlık güç veya daha sık olarak basitçe güç, $\Delta t\ ile 0$ arasındaki ilişkinin (1) sınırıdır:

Dikkate alınarak:

\[\Delta A=\overline(F)\cdot \Delta \overline(r\ )\left(3\right),\]

burada $\Delta \overline(r\ )$ cismin $\overline(F)$ kuvvetinin etkisi altındaki hareketidir, ifade (2)'de şunu elde ederiz:

burada $\ \overline(v)-$ anlık hızdır.

Yeterlik

Gerekli (faydalı) işi, örneğin mekanik işi gerçekleştirirken, daha büyük miktarda iş yapmak gerekir, çünkü gerçekte direnç kuvvetleri vardır ve enerjinin bir kısmı dağılmaya (dağılmaya) tabidir. İşin verimliliği, verimlilik faktörü ($\eta $) kullanılarak belirlenirken:

\[\eta =\frac(P_p)(P)\left(5\right),\]

burada $P_p$ faydalı güçtür; $P$ - tüketilen güç. İfade (5)'ten, yararlı gücün şu şekilde bulunabileceği sonucu çıkar:

Mevcut kaynağın faydalı gücü için formül

Elektrik devresinin $r$ direncine sahip bir akım kaynağı ve bir yükten ($R$ direnci) oluştuğunu varsayalım. Kaynağın gücünü şu şekilde buluyoruz:

burada $?$ mevcut kaynağın EMF'sidir; $I$ - mevcut güç. Bu durumda $P$ devrenin toplam gücüdür.

Devrenin dış kısmındaki voltajı $U$ olarak gösterelim, ardından formül (7) şu şekilde sunulacaktır:

burada $P_p=UI=I^2R=\frac(U^2)(R)(9)$ - faydalı güç; $P_0=I^2r$ - güç kaybı. Bu durumda kaynak verimliliği şu şekilde belirlenir:

\[\eta =\frac(P_p)(P_p+P_0)\left(9\right).\]

Devrenin dış direnci akım kaynağının iç direncine eşitse, maksimum faydalı güç (yükteki güç) elektrik akımı tarafından üretilir. Bu durumda faydalı güç toplam gücün %50'sine eşittir.

Kısa devre sırasında ($R\to 0;;U\to 0$) veya boş modda $(R\to \infty ;;I\to 0$) faydalı güç sıfırdır.

Çözümlü problem örnekleri

örnek 1

Egzersiz yapmak. Elektrik motorunun verimliliği $\eta $ =%42'dir. $U=$110 V geriliminde motordan $I=$10 A akım geçerse faydalı gücü ne olur?

Çözüm. Sorunu çözmek için temel olarak aşağıdaki formülü alıyoruz:

Şu ifadeyi kullanarak toplam gücü buluruz:

İfadenin (1.2) sağ tarafını (1.1)'e koyarsak şunu buluruz:

Gerekli gücü hesaplayalım:

Cevap.$P_p=462$ W

Örnek 2

Egzersiz yapmak. Kısa devre akımı $I_k$'a eşitse, akım kaynağının maksimum faydalı gücü nedir? Bir direnç akım kaynağına $R$ bağlandığında, devre boyunca $I$ kuvvetinde bir akım akar (Şekil 1).

Çözüm. Ohm yasasına göre, akım kaynağına sahip bir devre için elimizde:

burada $\varepsilon$ geçerli kaynağın EMF'sidir; $r$ onun iç direncidir.

Kısa devre durumunda, harici yükün direncinin sıfır olduğunu ($R=0$) varsayarsak kısa devre akımı şuna eşit olur:

Şekil 1'deki devredeki maksimum faydalı güç, aşağıdaki koşullar sağlandığında elektrik akımı verecektir:

O zaman devredeki akım şuna eşittir:

Maksimum faydalı gücü aşağıdaki formülü kullanarak buluyoruz:

Üç bilinmeyenli üç denklemden oluşan bir sistem elde ettik:

\[\left\( \begin(array)(c) I"=\frac(\varepsilon)(2r), \\ I_k=\frac(\varepsilon)(r), \\ P_(p\ max)= (\left(I"\right))^2r \end(array) \left(2,6\right).\right.\]

(2.6) sisteminin birinci ve ikinci denklemlerini kullanarak $I"$'ı buluruz:

\[\frac(I")(I_k)=\frac(\varepsilon)(2r)\cdot \frac(r)(\varepsilon)=\frac(1)(2)\to I"=\frac(1 )(2)I_k\sol(2,7\sağ).\]

Akım kaynağının iç direncini ifade etmek için (2.1) ve (2.2) denklemlerini kullanıyoruz:

\[\varepsilon=I\left(R+r\right);;\ I_kr=\varepsilon \to I\left(R+r\right)=I_kr\to r\left(I_k+I\right)=IR \to r=\frac(IR)(I_k-I)\left(2,8\right).\]

(2.7) ve (2.8)'in sonuçlarını sistemin (2.6) üçüncü formülüne koyalım, gerekli güç şuna eşit olacaktır:

Cevap.$P_(p\ max)=(\left(\frac(1)(2)I_k\right))^2\frac(IR)(I_k-I)$

Elektrikli cihazları elektrik şebekesine bağlarken genellikle yalnızca elektrikli cihazın gücü ve verimliliği önemlidir. Ancak bir akım kaynağını kapalı devrede kullanırken ürettiği faydalı güç önemlidir. Kaynak bir jeneratör, akümülatör, batarya veya güneş enerjisi santralinin elemanları olabilir. Bu hesaplamalar için temel bir öneme sahip değildir.

Güç kaynağı parametreleri

Elektrikli cihazları güç kaynağına bağlarken ve kapalı bir devre oluştururken, yük tarafından tüketilen P enerjisine ek olarak aşağıdaki parametreler dikkate alınır:

• Soymak. (akım kaynağının toplam gücü) devrenin tüm bölümlerinde serbest bırakılır;
• EMF, pilin ürettiği voltajdır;
• Geçerli kaynak hariç ağın tüm bölümleri tarafından tüketilen P (net güç);
• Pilin veya jeneratörün içinde harcanan Po (güç kaybı);
• pilin iç direnci;
• Güç kaynağının verimliliği.

Dikkat! Kaynağın verimliliği ile yükün verimliliği karıştırılmamalıdır. Elektrikli bir cihazdaki pil katsayısı yüksekse, kablolardaki veya cihazın kendisindeki kayıplardan dolayı düşük olabilir veya bunun tersi de geçerlidir.

Bu konuda daha fazla bilgi.

Toplam devre enerjisi

Elektrik akımı bir devreden geçtiğinde ısı üretilir veya başka bir iş yapılır. Bir pil veya jeneratör bir istisna değildir. Teller dahil tüm elemanlarda açığa çıkan enerjiye toplam denir. Rob.=Ro.+Rpol. formülü kullanılarak hesaplanır; burada:

• Soymak. - tam güç;
• Ro. – dahili kayıplar;
• Rpol. – faydalı güç.

Dikkat! Görünür güç kavramı sadece tam devre hesaplamalarında değil aynı zamanda aktif enerjinin yanı sıra reaktif enerjiyi de tüketen elektrik motorları ve diğer cihazların hesaplamalarında da kullanılır.

EMF veya elektromotor kuvvet, bir kaynak tarafından üretilen voltajdır. Yalnızca X.X modunda ölçülebilir. (boşta hareket). Bir yük bağlandığında ve akım göründüğünde Uo, EMF değerinden çıkarılır. – güç kaynağı cihazının içindeki voltaj kaybı.

Net güç

Güç kaynağı dışında tüm devrede açığa çıkan enerji faydalıdır. Aşağıdaki formülle hesaplanır:

1. “U” – terminallerdeki voltaj,
2. “I” – devredeki akım.

Yük direncinin akım kaynağının direncine eşit olduğu durumda maksimumdur ve tam değerin %50'sine eşittir.

Yük direnci azaldıkça devredeki akım iç kayıplarla birlikte artar ve gerilim düşmeye devam eder, sıfıra ulaştığında akım maksimum olur ve sadece Ro ile sınırlanır. Bu K.Z modudur. - kısa devre. Bu durumda kayıp enerjisi toplamına eşittir.

Yük direnci arttıkça akım ve iç kayıplar düşer ve gerilim artar. Sonsuz büyük bir değere (ağ kopması) ve I=0'a ulaşıldığında, voltaj EMF'ye eşit olacaktır. Bu X..X modudur. - boşta hareket.

Güç kaynağındaki kayıplar

Piller, jeneratörler ve diğer cihazların iç direnci vardır. Akım içlerinden aktığında, kayıp enerji açığa çıkar. Aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

burada “Uо”, cihazın içindeki voltaj düşüşü veya EMF ile çıkış voltajı arasındaki farktır.

Dahili güç kaynağı direnci

Kayıpları hesaplamak için Ro. cihazın iç direncini bilmeniz gerekir. Bu, jeneratör sargılarının, aküdeki elektrolitin veya başka sebeplerin direncidir. Multimetre ile ölçmek her zaman mümkün değildir. Dolaylı yöntemler kullanmalıyız:

• cihaz boş modda açıldığında E (EMF) ölçülür;
• yük bağlandığında Uout belirlenir. (çıkış voltajı) ve akım I;
• Cihazın içindeki voltaj düşüşü hesaplanır:

• iç direnç hesaplanır:

Yararlı enerji P ve verimlilik

Belirli görevlere bağlı olarak maksimum faydalı güç P veya maksimum verimlilik gereklidir. Bunun koşulları eşleşmiyor:

• P, verimlilik = %50 ile R=Ro'da maksimumdur;
• H.H. modunda verimlilik %100'dür ve P = 0'dır.

Güç kaynağı cihazının çıkışında maksimum enerji elde edilmesi

Maksimum P, R (yük) ve Ro (elektrik kaynağı) dirençlerinin eşit olması koşuluyla elde edilir. Bu durumda verimlilik = %50. Bu “eşleştirilmiş yük” modudur.

Bunun dışında iki seçenek mümkündür:

• Direnç R düşer, devredeki akım artar ve cihaz içindeki Uo ve Po gerilim kayıpları artar. KZ modunda (kısa devre) yük direnci “0”dır, I ve Po maksimumdur ve verimlilik de %0'dır. Bu mod aküler ve jeneratörler için tehlikeli olduğundan kullanılmaz. Bunun istisnası, motoru çalıştırırken ve marş motorunu çalıştırırken "kısa devreye" yakın bir modda çalışan, pratik olarak kullanım dışı olan kaynak jeneratörleri ve araç aküleridir;
• Yük direnci iç dirençten daha büyüktür. Bu durumda yük akımı ve güç P düşer ve sonsuz büyük dirençle birlikte bunlar “0”a eşittir. Bu X.H. modudur. (boşta hareket). Yakın C.H. modunda dahili kayıplar çok küçüktür ve verimlilik %100'e yakındır.

Sonuç olarak, iç ve dış dirençler eşit olduğunda "P" maksimumdur ve diğer durumlarda kısa devre sırasında yüksek iç kayıplar ve soğuk modda düşük akım nedeniyle minimumdur.

Elektronikte düşük akımlarda %50 verimlilikte maksimum net güç modu kullanılır. Örneğin, bir telefon setinde Pout. mikrofon - 2 miliwatt ve verimlilikten ödün verirken onu mümkün olduğunca ağa aktarmak önemlidir.

Maksimum verimliliğe ulaşmak

H.H. modunda maksimum verimlilik elde edilir. Po voltaj kaynağı içinde güç kaybının olmaması nedeniyle. Yük akımı arttıkça kısa devre modunda verim doğrusal olarak azalır. “0”a eşittir. Maksimum verimlilik modu, eşleşen yükün, maksimum faydalı Po'nun ve toplam enerjinin yarısını oluşturan büyük kayıplar nedeniyle %50 verimliliğin uygulanamadığı enerji santrali jeneratörlerinde kullanılır.

Yük verimliliği

Elektrikli cihazların verimliliği aküye bağlı değildir ve hiçbir zaman %100'e ulaşmaz. Bunun istisnası, ısı pompası prensibiyle çalışan klimalar ve buzdolaplarıdır: bir radyatörün soğutulması diğerinin ısıtılmasıyla gerçekleşir. Bu noktayı dikkate almazsanız verim %100'ün üzerinde olacaktır.

Enerji yalnızca faydalı işler yapmak için değil, aynı zamanda ısıtma telleri, sürtünme ve diğer kayıp türlerine de harcanır. Lambalarda, lambanın verimliliğine ek olarak, reflektörün tasarımına, hava ısıtıcılarında - odayı ısıtmanın verimliliğine ve elektrik motorlarında - cos φ'ye dikkat etmelisiniz.

Hesaplamaların yapılabilmesi için güç kaynağı elemanının faydalı gücünün bilinmesi gereklidir. Bu olmadan tüm sistemin maksimum verimliliğini elde etmek imkansızdır.

Video

Akım kaynağının devrenin tamamında geliştirdiği güce denir. tam güç.

Formülle belirlenir

burada P rev, tüm devrede akım kaynağı tarafından geliştirilen toplam güçtür, W;

E-ah. d.s. kaynak, içinde;

I devredeki akımın büyüklüğüdür, a.

Genel olarak bir elektrik devresi, dirençli bir dış bölümden (yük) oluşur. R ve dirençli iç bölüm R0(mevcut kaynağın direnci).

Toplam güç ifadesindeki e değerinin değiştirilmesi. d.s. Devrenin bölümlerindeki voltajlar aracılığıyla şunu elde ederiz:

Büyüklük kullanıcı arayüzü devrenin (yük) dış kısmında geliştirilen güce karşılık gelir ve denir faydalı güç P katı =UI.

Büyüklük sen o ben kaynağın içinde gereksiz yere harcanan güce karşılık gelir, denir güç kaybı Po =Sen ya da ben.

Böylece toplam güç, faydalı güç ile kayıp gücün toplamına eşittir. P ob =P kat +P 0.

Faydalı gücün kaynağın ürettiği toplam güce oranına verimlilik denir, verimlilik olarak kısaltılır ve η ile gösterilir.

Aşağıdaki tanımdan

Her koşulda verimlilik η ≤ 1.

Gücü devre bölümlerinin akım ve direnci cinsinden ifade edersek, şunu elde ederiz:

Dolayısıyla verimlilik, kaynağın iç direnci ile tüketicinin direnci arasındaki ilişkiye bağlıdır.

Tipik olarak elektrik verimliliği yüzde olarak ifade edilir.

Pratik elektrik mühendisliği için iki soru özellikle ilgi çekicidir:

1. En büyük faydalı gücü elde etmenin koşulu

2. En yüksek verimi elde etmenin koşulu.

En büyük faydalı gücü elde etme koşulu (yükteki güç)

Yük direnci akım kaynağının direncine eşitse, elektrik akımı en büyük faydalı gücü (yükteki güç) geliştirir.

Bu maksimum güç, akım kaynağının tüm devrede geliştirdiği toplam gücün yarısına (%50) eşittir.

Gücün yarısı yükte, yarısı da akım kaynağının iç direncinde geliştirilir.

Yük direncini azaltırsak yükte geliştirilen güç azalacak ve akım kaynağının iç direncinde geliştirilen güç artacaktır.

Yük direnci sıfırsa devredeki akım maksimum olacaktır, bu kısa devre modu (kısa devre) . Gücün neredeyse tamamı mevcut kaynağın iç direncinde geliştirilecektir. Bu mod hem akım kaynağı hem de tüm devre için tehlikelidir.

Yük direncini arttırırsak devredeki akım azalacağı gibi yükteki güç de azalacaktır. Yük direnci çok yüksekse devrede hiç akım olmayacaktır. Bu dirence sonsuz büyük denir. Devre açıksa direnci sonsuz büyüktür. Bu mod denir bekleme modu.

Bu nedenle, kısa devreye yakın ve yüksüz modlarda, ilk durumda düşük voltaj nedeniyle, ikinci durumda ise düşük akım nedeniyle faydalı güç küçüktür.

En yüksek verimi elde etmenin koşulu

Verimlilik faktörü (verimlilik) boşta %100'dür (bu durumda faydalı güç açığa çıkmaz, ancak aynı zamanda kaynak gücü de tüketilmez).

Yük akımı arttıkça verim doğrusal bir yasaya göre azalır.

Kısa devre modunda verimlilik sıfırdır (faydalı güç yoktur ve kaynak tarafından geliştirilen güç tamamen kaynak tarafından tüketilir).

Yukarıdakileri özetleyerek sonuçlar çıkarabiliriz.

Maksimum faydalı güç elde etme koşulu (R = R 0) ve maksimum verim elde etme koşulu (R = ∞) çakışmıyor. Ayrıca, kaynaktan maksimum faydalı güç alındığında (eşleştirilmiş yük modu), verimlilik %50'dir, yani. Kaynağın ürettiği gücün yarısı onun içinde boşa harcanır.

Güçlü elektrik tesisatlarında, eşleştirilmiş yük modu kabul edilemez çünkü bu, büyük güçlerin israf edilmesine neden olur. Bu nedenle elektrik santralleri ve trafo merkezleri için jeneratör, transformatör ve redresörlerin çalışma modları yüksek verim (%90 ve üzeri) sağlayacak şekilde hesaplanır.

Zayıf akım teknolojisinde ise durum farklıdır. Örneğin bir telefon setini ele alalım. Mikrofonun önünde konuşurken cihazın devresinde yaklaşık 2 mW gücünde bir elektrik sinyali yaratılıyor. Açıkçası, en büyük iletişim aralığını elde etmek için hatta mümkün olduğunca fazla güç iletmek gerekir ve bu da koordineli bir yük anahtarlama modunu gerektirir. Bu durumda verimlilik önemli mi? Tabii ki hayır, çünkü enerji kayıpları kesirler veya miliwatt birimleriyle hesaplanıyor.

Eşleşen yükleme modu radyo ekipmanında kullanılır. Jeneratör ve yük doğrudan bağlandığında koordineli bir modun sağlanamadığı durumlarda dirençlerinin eşitlenmesi için önlemler alınır.

Bir elektrik veya elektronik devrede iki tür eleman vardır: pasif ve aktif. Aktif eleman devreye - aküye, jeneratöre - sürekli olarak enerji sağlama kapasitesine sahiptir. Pasif elemanlar - dirençler, kapasitörler, indüktörler, yalnızca enerji tüketir.

Güncel kaynak nedir

Akım kaynağı, bir devreye sürekli olarak elektrik sağlayan bir cihazdır. Doğru akım ve alternatif akım kaynağı olabilir. Piller doğru akım kaynaklarıdır ve elektrik prizleri alternatif akım kaynaklarıdır.

Güç kaynaklarının en ilginç özelliklerinden biri– elektrik dışı enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilirler, örneğin:

• pillerdeki kimyasal;
• jeneratörlerde mekanik;
• güneş enerjisi vb.

Elektrik kaynakları ikiye ayrılır:

1. Bağımsız;
2. Bağımlı (kontrollü), çıkışı devrenin herhangi bir yerindeki voltaja veya akıma bağlı olan, sabit veya zamanla değişen. Elektronik cihazlar için eşdeğer güç kaynakları olarak kullanılır.

Devre yasalarından ve analizinden bahsederken, elektrik güç kaynaklarının genellikle ideal olduğu, yani teorik olarak düz bir çizgiyle temsil edilen özelliklere sahipken, kayıpsız sonsuz miktarda enerji sağlayabildiği düşünülür. Ancak gerçek veya pratik kaynaklarda her zaman çıktılarını etkileyen bir iç direnç vardır.

Önemli! SP'ler ancak aynı voltaj değerine sahip olmaları durumunda paralel bağlanabilir. Seri bağlantı çıkış voltajını etkileyecektir.

Güç kaynağının iç direnci devreye seri bağlı olarak temsil edilir.

Akım kaynağı gücü ve iç direnç

Pilin bir emk E'ye ve bir iç dirence r sahip olduğu ve R direncine sahip bir harici dirence bir I akımı sağladığı basit bir devreyi düşünelim. Dış direnç herhangi bir aktif yük olabilir. Devrenin temel amacı, enerjiyi aküden yüke aktarmak ve burada bir odayı aydınlatmak gibi faydalı bir şey yapmaktır.

Yararlı gücün dirence bağımlılığını türetebilirsiniz:

1. Devrenin eşdeğer direnci R + r'dir (yük direnci harici yüke seri bağlı olduğundan);
2. Devrede akan akım şu ifadeyle belirlenecektir:

1. EMF çıkış gücü:

Rych. = E x I = E²/(R + r);

1. Dahili akü direncinde ısı olarak dağıtılan güç:

Pr = I² x r = E² x r/(R + r)²;

1. Yüke iletilen güç:

P(R) = I² x R = E² x R/(R + r)²;

1. Rych. = Pr + P(R).

Böylece pilin çıkış enerjisinin bir kısmı, iç direnç yoluyla ısının yayılması nedeniyle anında kaybolur.

Artık P(R)'nin R'ye bağımlılığını çizebilir ve faydalı gücün hangi yükte maksimum değerini alacağını öğrenebilirsiniz. Bir ekstremum için fonksiyon analiz edilirken, R arttıkça P(R)'nin, R'nin r'ye eşit olmadığı noktaya kadar monoton olarak artacağı ortaya çıkar. Bu noktada faydalı güç maksimum olacak ve daha sonra R'nin daha da artmasıyla monoton bir şekilde azalmaya başlayacaktır.

P(R)max = E²/4r, R = r olduğunda. Bu durumda I = E/2r.

Önemli! Bu, elektrik mühendisliğinde çok önemli bir sonuçtur. Güç kaynağı ile harici yük arasındaki enerji aktarımı, yük direnci akım kaynağının iç direnciyle eşleştiğinde en verimli şekilde gerçekleşir.

Yük direnci çok yüksekse, devreden geçen akım, yüke kayda değer bir oranda enerji aktaracak kadar küçüktür. Yük direnci çok düşükse, çıkış enerjisinin çoğu güç kaynağının içinde ısı olarak dağılır.

Bu duruma koordinasyon denir. Kaynak empedansı ile harici yükün eşleştirilmesine bir örnek, bir ses amplifikatörü ve hoparlördür. Amplifikatörün çıkış empedansı Zout 4 ila 8 ohm arasında ayarlanırken hoparlörün nominal giriş empedansı Zin yalnızca 8 ohm'dur. Daha sonra amplifikatörün çıkışına 8 ohm'luk bir hoparlör bağlanırsa hoparlörü 8 ohm'luk bir yük olarak görecektir. İki adet 8 ohm'luk hoparlörün birbirine paralel bağlanması, tek bir 4 ohm'luk hoparlörü çalıştıran bir amplifikatöre eşdeğerdir ve her iki konfigürasyon da amplifikatörün çıkış özellikleri dahilindedir.

Mevcut kaynak verimliliği

Elektrik akımıyla iş yapıldığında enerji dönüşümleri meydana gelir. Kaynağın yaptığı işin tamamı, tüm elektrik devresi boyunca enerji dönüşümlerine gider ve yararlı iş yalnızca güç kaynağına bağlı devrede yapılır.

Mevcut kaynağın verimliliğinin niceliksel değerlendirmesi, işin hızını belirleyen en önemli göstergeye göre yapılır, – güç:

IP'nin çıkış gücünün tamamı enerji tüketicisi tarafından kullanılmaz. Tüketilen enerjinin kaynak tarafından sağlanan enerjiye oranı verimlilik formülüdür:

η = faydalı güç/çıkış gücü = Ppol./Pout.

Önemli! Ppol'dan beri. neredeyse her durumda Pout'tan küçük olduğunda η 1'den büyük olamaz.

Bu formül, kuvvetler yerine ifadeler konularak dönüştürülebilir:

1. Kaynak çıkış gücü:

Rych. = I x E = I² x (R + r) x t;

1. Tüketilen enerji:

Rpol. = I x U = I² x R x t;

1. Katsayı:

η = Ppol./Çıkış. = (I² x R x t)/(I² x (R + r) x t) = R/(R + r).

Yani, bir akım kaynağının verimliliği dirençlerin oranıyla belirlenir: iç ve yük.

Verimlilik göstergesi genellikle yüzde olarak kullanılır. Daha sonra formül şu şekli alacaktır:

η = R/(R + r) x %100.

Ortaya çıkan ifadeden, eğer eşleşme koşulu karşılanırsa (R = r), η = (R/2 x R) x %100 = %50 katsayısının olduğu açıktır. Aktarılan enerji en verimli olduğunda, güç kaynağının verimliliği yalnızca %50'dir.

Bu katsayı kullanılarak çeşitli bireysel girişimcilerin ve elektrik tüketicilerinin verimliliği değerlendirilir.

Verimlilik değerlerine örnekler:

• gaz türbini – %40;
• güneş pili – %15-20;
• lityum iyon pil – %89-90;
• elektrikli ısıtıcı – %100'e yakın;
• akkor lamba – %5-10;
• LED lamba – %5-50;
• soğutma üniteleri – %20-50.

Yapılan işin türüne bağlı olarak farklı tüketiciler için faydalı güç göstergeleri hesaplanır.

Video

(12.11)

Kısa devre, harici direncin olduğu bir devre çalışma modudur. R= 0. Aynı anda

(12.12)

Net güç R A = 0.

Tam güç

(12.13)

Bağımlılık grafiği R A (BEN) dalları aşağıya doğru yönlendirilmiş bir paraboldür (Şekil 12.1). Aynı şekil verimliliğin bağımlılığını göstermektedir  mevcut güce göre.

Problem çözme örnekleri

Görev 1. Pil oluşur N= 5 eleman seri olarak bağlanmış e= 1,4 V ve dahili direnç R= her biri 0,3 Ohm. Pilin faydalı gücü hangi akımda 8 W'a eşittir? Pilin maksimum kullanılabilir gücü nedir?

Verilen: Çözüm

N = 5 Elemanları seri olarak bağlarken devredeki akım

e= 1,4V
(1)

R A= 8 W Yararlı güç formülünden
hadi ifade edelim

harici rezistans R ve formül (1)'de yerine koyun

BEN - ?
-?

dönüşümlerden sonra ikinci dereceden bir denklem elde ederiz ve bunu çözerek akımların değerini buluruz:

A; BEN 2 = A.

Yani akıntılarda BEN 1 ve BEN 2 faydalı güç aynıdır. Yararlı gücün akıma bağımlılığı grafiğini analiz ederken, ne zaman olduğu açıktır. BEN 1 daha az güç kaybı ve daha yüksek verimlilik.

Net güç maksimumdur R = N R; R = 0,3
Ohm.

Cevap: BEN 1 = 2A; BEN 2 = A; P amax = Salı

Görev 2. Devrenin dış kısmında açığa çıkan faydalı güç, 5 A akımda maksimum 5 W değerine ulaşır. Akım kaynağının iç direncini ve emk'sini bulun.

Verilen: Çözüm

P amax = 5 W Faydalı güç
(1)

BEN= 5 A Ohm kanununa göre
(2)

Net güç maksimumdur R = R, sonra

R - ? e-? formüller (1)
0,2Ohm.

Formül (2) B'den.

Cevap: R= 0,2Ohm; e= 2 V.

Görev 3. Enerjiyi iki telli bir hat üzerinden 2,5 km mesafeye iletmek için 110V EMF'ye sahip bir jeneratör gereklidir. Güç tüketimi 10 kW'tır. Ağdaki güç kayıplarının %1'i aşmaması gerekiyorsa, bakır besleme kablolarının minimum kesitini bulun.

Verilen: Çözüm

E = 110V Tel Direnci

ben= 510 3 m burada  - bakırın direnci; ben– tellerin uzunluğu;

R A = 10 4 W S- bölüm.

 = 1,710 -8 Ohm. m Güç tüketimi P A = BEN e, güç kaybı

R vesaire = 100 W çevrimiçi P vesaire = BEN 2 R vesaire ve üreme ve tüketicilikten beri

S - ? akım aynısı o zaman

Neresi

Sayısal değerleri değiştirerek şunu elde ederiz:

m2.

Cevap: S= 710 -3 m2.

Görev 4. Dış devrede salınan gücün iki dış direnç değeri için aynı olduğu biliniyorsa, jeneratörün iç direncini bulun. R 1 = 5 ohm ve R 2 = 0,2Ohm. Bu durumların her birinde jeneratör verimliliğini bulun.

Verilen: Çözüm

R 1 = R 2 Harici devrede serbest bırakılan güç P A = BEN 2 R. Ohm kanununa göre

R 1 = 5 ohm kapalı devre için
Daha sonra
.

R 2 = 0,2 Ohm Sorun durumunun kullanılması R 1 = R 2, elde ederiz

R -?

Ortaya çıkan eşitliği dönüştürerek kaynağın iç direncini buluruz. R:

Ohm.

Verimlilik faktörü miktardır

,

Nerede R A– harici devrede serbest bırakılan güç; R- tam güç.

Cevap: R= 1Ohm; = 83 %;= 17 %.

Görev 5. Pilin EMF'si e= 16 V, dahili direnç R= 3Ohm. Gücün serbest bırakıldığı biliniyorsa, harici devrenin direncini bulun R A= 16 W. Pilin verimliliğini belirleyin.

Verilen: Çözüm

e= 16 V Devrenin harici kısmında serbest bırakılan güç R A = BEN 2 R.

R = 3 Ohm Kapalı bir devre için Ohm yasasını kullanarak akım gücünü buluruz:

R A= 16 W o zaman
veya

- ? R-? Verilen miktarların sayısal değerlerini bu ikinci dereceden denklemde yerine koyuyoruz ve çözüyoruz R:

Ohm; R 2 = 9 ohm.

Cevap: R 1 = 1ohm; R 2 = 9Ohm;

Görev 6. Ağa iki ampul paralel olarak bağlanır. İlk ampulün direnci 360 Ohm, ikincisinin direnci 240 Ohm'dur. Hangi ampul en fazla gücü emer? Kaç sefer?

Verilen: Çözüm

R 1 = 360 Ohm Ampulde açığa çıkan güç

R 2 = 240 Ohm P = ben 2 R (1)

- ? Paralel bağlantıda ampuller aynı voltaja sahip olacaktır, bu nedenle güçleri Ohm yasasını kullanarak formül (1)'i dönüştürerek karşılaştırmak daha iyidir.
Daha sonra

Ampuller paralel bağlandığında direnci daha düşük olan ampule daha fazla güç aktarılır.

Cevap:

Görev 7. Dirençli iki tüketici R 1 = 2 ohm ve R 2 = 4 Ohm DC ağına ilk kez paralel, ikinci kez seri olarak bağlanır. Hangi durumda ağdan daha fazla güç tüketilir? Durumu düşünün R 1 = R 2 .

Verilen: Çözüm

R 1 = 2 Ohm Şebekeden güç tüketimi

R 2 = 4 ohm
(1)

- ? Nerede R– genel tüketici direnci; sen– şebeke voltajı. Tüketicileri paralel bağlarken toplam dirençleri
ve sıralı olarak R = R 1 + R 2 .

İlk durumda, formül (1)'e göre güç tüketimi
ve ikincisinde
Neresi

Böylece yükler paralel bağlandığında, seri bağlandığında ağdan daha fazla güç tüketilir.

Şu tarihte:

Cevap:

Görev 8.. Kazan ısıtıcısı dört bölümden oluşur, her bölümün direnci R= 1Ohm. Isıtıcı bir pil ile çalıştırılır E = 8 V ve iç direnç R= 1Ohm. Kazan içindeki suyun en kısa sürede ısınması için ısıtıcı elemanların bağlantısı nasıl olmalıdır? Pilin tükettiği toplam güç ve verimliliği nedir?

Verilen:

R 1 = 1ohm

E = 8V

R= 1Ohm

Çözüm

Kaynak, harici direncin aşılması halinde maksimum faydalı güç sağlar. R iç eşit R.

Bu nedenle suyun en kısa sürede ısınması için bölümlerin açılması gerekmektedir.

ile R = R. Bu koşul, bölümlerin karışık bağlantısıyla karşılanır (Şekil 12.2.a, b).

Pil tarafından tüketilen güç R = BEN e. Ohm'un kapalı devre yasasına göre
Daha sonra

Haydi hesaplayalım
32W;

Cevap: R= 32W;  = 50 %.

Sorun 9*. Dirençli bir iletkendeki akım R= 12 Ohm'dan eşit olarak azalır BEN 0 = 5 A'dan zamanla sıfıra  = 10 sn. Bu süre zarfında iletkende ne kadar ısı açığa çıkar?

Verilen:

R= 12 Ohm

BEN 0 = 5A

Q - ?

Çözüm

İletkendeki akım kuvveti değiştiğinden, ısı miktarını aşağıdaki formülle hesaplamak mümkündür: Q = BEN 2 R T kullanılamaz.

Diferansiyeli alalım dQ = BEN 2 R dt, Daha sonra
Mevcut değişimin tekdüzeliği nedeniyle şunu yazabiliriz: BEN = k T, Nerede k– orantılılık katsayısı.

Orantılılık faktörü değeri kşu koşuldan şunu buluyoruz:  = 10 sn akım BEN 0 = 5A, BEN 0 = k , buradan

Sayısal değerleri yerine koyalım:

J.

Cevap: Q= 1000 J.