При силе тока в цепи 2 а полезная мощность батареи 10 вт
- Главная
- Вопросы & Ответы
- Вопрос 6903761
Суррикат Мими
более месяца назад
Просмотров : 21
Ответов : 1
Лучший ответ:
Главный Попко
comment
более месяца назад
Ваш ответ:
Комментарий должен быть минимум 20 символов
Чтобы получить баллы за ответ войди на сайт
Лучшее из галереи за : неделю месяц все время
Вы можете из нескольких рисунков создать анимацию (или целый мультфильм!). Для этого нарисуйте несколько последовательных кадров
и нажмите кнопку Просмотр анимации.
Другие вопросы:
Васян Коваль
К какому виду относятся палеоантропы? К какому виду относятся палеоантропы?
более месяца назад
Смотреть ответ
Просмотров : 13
Ответов : 1
Онтонио Веселко
Особенности черепа архантропов? Особенности черепа архантропов?
более месяца назад
Смотреть ответ
Просмотров : 16
Ответов : 1
Мари Умняшка
Когда жили архантропы? Когда жили архантропы?
более месяца назад
Смотреть ответ
Просмотров : 21
Ответов : 1
Главный Попко
К какому виду относятся архантропы? К какому виду относятся архантропы?
более месяца назад
Смотреть ответ
Просмотров : 15
Ответов : 1
Пармезан Черница
Каков объем головного мозга архантропов и палеоантропов? Каков объем головного мозга архантропов и палеоантропов?
более месяца назад
Смотреть ответ
Просмотров : 44
Ответов : 1
Пишу для школьников (для лучшего понимания ими основ физики). Материал излагаю в соответствии с признанной ныне научной трактовкой физических явлений. Критике существующей теории и глубоким теоретическим рассуждениям здесь не место.
На рисунке изображена замкнутая электрическая цепь, состоящая из источника постоянного тока и переменной нагрузки во внешней части цепи.
Источником постоянного тока может быть электрическая машина, о которой говорится в статье “Искровой разряд”; батарея гальванических элементов, аккумулятор и др.
Роль источника тока заключается в создании (генерировании) электрической энергии: в разделении положительных и отрицательных зарядов; в создании и поддерживании разности потенциалов между конечными точками цепи, в которую включена нагрузка (электрическая лампочка, электроплитка. электродвигатель и т. д.).
При прохождении тока через нагрузку электрическая энергия превращается в другие виды энергии :тепловую (в электроплитке); в тепло и свет (в электрической лампе); в механическую энергию (в электродвигателе).
Превращение энергии из одного вида в другой всегда связано с работой.
При прохождении тока по проводнику совершается работа, её совершают электрические силы (или электрическое поле). Кратко эту работу называют работой тока.
Рассматривая участок цепи, по которому проходит ток, получим следующее выражение для работы тока:
Работа тока равна произведению напряжения между концами участка на протекающий ток и время его протекания.
В случае, если участок цепи однородный (не содержит источника тока), то
тогда получим ещё две формулы для работы тока:
Если ток проходит через неподвижный проводник, то единственным результатом работы тока является его нагревание. Тогда количество выделившейся теплоты
Это запись закона Джоуля – Ленца.
Если кроме нагревания ток совершает ещё механическую работу, например, приводя в действие электродвигатель (мотор), то работа
лишь частично переходит в тепло.
В этом случае работа тока больше количества выделившейся теплоты, но закон Джоуля – Ленца выполняется.
Работа, совершаемая током в единицу времени, называется мощностью тока:
Единицей мощности тока является 1 Вт:
1 Вт – мощность выделяемая током 1 А в проводнике, между концами которого поддерживается напряжение 1 В.
Основная формула мощности для участка цепи:
Мощность постоянного тока на любом участке цепи выражается произведением силы тока на напряжение между концами участка цепи.
Так как для однородного участка цепи
то мощность можно найти ещё по формулам:
Обычно говорят не о работе, а о потребляемой из сети некоторым прибором (электроплитка, лампочки и др.) или двигателем (мотором) мощности электрического тока. Говоря о мощности (например, электродвигателя), отмечают, что работа двигателя совершается за счёт тока.
На приборах часто отмечается потребляемая ими мощность – мощность, необходимая для нормальной работы этого прибора.
Согласно закону сохранения энергии, для замкнутой электрической цепи можно записать:
Здесь
есть полная или затраченная работа, совершаемая сторонними силами, существующими внутри источника, по переносу заряда по цепи.
В гальваническом элементе такими силами являются силы химической реакции.
– это полезная работа, совершаемая электрическим полем при прохождении тока через нагрузку;
это работа, совершаемая внутри источника, по преодолению его внутреннего сопротивления.
Так как работа, совершённая за единицу времени, есть мощность, то из уравнения (1) получим выражение для мощности:
Здесь
есть полная или затраченная мощность, это мощность развиваемая источником тока.
это мощность выделяемая внутри источника тока
это полезная мощность, создаваемая во внешней части цепи (на нагрузке).
Здесь U – напряжение на зажимах источника при замкнутой цепи (при разомкнутой цепи оно равно ЭДС источника).
Так как для однородного участка цепи напряжение равно произведению тока на сопротивление, то полезную мощность можно найти ещё по следующей формуле:
Ток в замкнутой цепи
тогда формулу для полезной мощности можно записать так:
Проанализируем зависимость полезной мощности от сопротивления нагрузки.
При коротком замыкании вся развиваемая источником мощность выделяется на его внутреннем сопротивлении в виде теплоты.
Таким образом, полезная мощность, развиваемая во внешней цепи, достигает максимального значения тогда, когда сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника.
На следующем рисунке показан график зависимости полезной мощности от сопротивления нагрузки.
Получена формула для нахождения максимальной полезной мощности
При этом ток в цепи в два раза меньше тока короткого замыкания:
Но чему при этом будет равно КПД источника?
Коэффициент полезного действия (КПД) источника показывает, какая часть затраченной (полной) работы источника пошла на пользу или КПД есть отношение полезной работы к затраченной:
Получается, что если добиваться максимальной мощности во внешней цепи, то получим КПД работы всего 50%, то есть половина затраченной мощности источника расходуется бесполезно – переходит в тепло, нагревая источник тока.
Выгоднее брать сопротивление нагрузки больше внутреннего сопротивления источника. Тогда ток в цепи уменьшится, а КПД источника увеличится.
Подумайте над решением следующих задач.
1. ЭДС аккумулятора 2 В, его внутреннее сопротивление 0,4 Ом, сопротивление внешней цепи 1 Ом. Найти разность потенциалов на зажимах аккумулятора и КПД его работы. Ответ: 1,43 В; 71 %.
2. Какую максимальную полезную мощность может выделить аккумулятор с ЭДС 10 В и внутренним сопротивлением 1 Ом? Каково при этом сопротивление внешней цепи? Ответ: 25 Вт; 1 Ом.
3. КПД источника тока, замкнутого на внешнее сопротивление R, равно 60%. Каков будет КПД источника, если внешнее сопротивление увеличить в 6 раз? Ответ: 90%.
Ответ: 7,7 Вт; 12 Вт; 40%; 25%.
Ответ: 2,7 10 4 кг.
К.В. Рулёва
Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Сообщите друзьям о существовании этого канала.
Предыдущая запись: Решение задач на мощность тока.
Следующая запись: Ещё раз о зарядке и разрядке конденсатора.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.
Условие задачи:
При силе тока 2 А во внешней цепи выделяется мощность 24 Вт, а при силе тока 5 А – мощность 30 Вт. Какая максимальная мощность может выделяться во внешней цепи?
Задача №7.4.53 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»
Дано:
(I_1=2) А, (P_1=24) Вт, (I_2=5) А, (P_2=30) Вт, (P_{max}-?)
Решение задачи:
Определим, при каких условиях мощность во внешней цепи будет максимальной. Мощность во внешней цепи (P) можно найти по формуле:
[P = UI;;;;(1)]
Здесь (U) – напряжение на внешней цепи, которое можно найти согласно закону Ома по формуле:
[U = {rm E} – Ir;;;;(2)]
Подставим выражение (2) в формулу (1):
[P = left( {{rm E} – Ir} right)I]
Рассмотрим функцию (Pleft( I right)), то есть зависимость мощности от силы тока:
[Pleft( I right) = left( {{rm E} – Ir} right)I]
Раскроем скобки, тогда:
[Pleft( I right) = {rm E}I – {I^2}r;;;;(3)]
Понятно, что графиком этой функции является парабола, обращенная ветвями вниз, при этом функция достигает максимума при силе тока (I_{max}), равной:
[{I_{max }} = frac{{rm E}}{{2r}};;;;(4)]
Если подставить (I_{max}) в (3), то получим искомое значение максимальной мощности во внешней цепи (P_{max}):
[{P_{max}} = {rm E}{I_{max}} – I_{max}^2r]
Учитывая (4), имеем:
[{P_{max}} = frac{{{{rm E}^2}}}{{2r}} – frac{{{{rm E}^2}}}{{4r}}]
[{P_{max}} = frac{{{{rm E}^2}}}{{4r}};;;;(5)]
Получается нам нужно найти значения ЭДС (rm E) и внутреннего сопротивления (r).
Запишем формулы для определения мощностей (P_1) и (P_2):
[left{ begin{gathered}
{P_1} = {U_1}{I_1} hfill \
{P_2} = {U_2}{I_2} hfill \
end{gathered} right.]
Напряжения на внешней цепи (U_1) и (U_2) можно найти по закону Ома для полной цепи:
[left{ begin{gathered}
{U_1} = {rm E} – {I_1}r hfill \
{U_2} = {rm E} – {I_2}r hfill \
end{gathered} right.]
Тогда:
[left{ begin{gathered}
{P_1} = left( {{rm E} – {I_1}r} right){I_1} hfill \
{P_2} = left( {{rm E} – {I_2}r} right){I_2} hfill \
end{gathered} right.]
Или, если раскрыть скобки в правой части:
[left{ begin{gathered}
{P_1} = {rm E}{I_1} – I_1^2r hfill \
{P_2} = {rm E}{I_2} – I_2^2r hfill \
end{gathered} right.]
Вот с этой системой нам и нужно будет поработать. Домножим обе части верхнего равенства на (I_2^2), а нижнего – на (I_1^2), тогда:
[left{ begin{gathered}
{P_1}I_2^2 = {rm E}{I_1}I_2^2 – I_1^2I_2^2r hfill \
{P_2}I_1^2 = {rm E}{I_2}I_1^2 – I_1^2I_2^2r hfill \
end{gathered} right.]
Вычтем из нижнего равенства верхнее:
[{P_2}I_1^2 – {P_1}I_2^2 = {rm E}{I_2}I_1^2 – {rm E}{I_1}I_2^2]
[{P_2}I_1^2 – {P_1}I_2^2 = {rm E}{I_1}{I_2}left( {{I_1} – {I_2}} right)]
Откуда ЭДС равна:
[{rm E} = frac{{{P_2}I_1^2 – {P_1}I_2^2}}{{{I_1}{I_2}left( {{I_1} – {I_2}} right)}};;;;(6)]
Возвращаемся опять к нашей системе (над которой мы хотели хорошо поработать). Домножим обе части верхнего равенства на (I_2), а нижнего – на (I_1), тогда:
[left{ begin{gathered}
{P_1}{I_2} = {rm E}{I_1}{I_2} – I_1^2{I_2}r hfill \
{P_2}{I_1} = {rm E}{I_1}{I_2} – I_2^2{I_1}r hfill \
end{gathered} right.]
Опять, вычтем из нижнего равенства верхнее:
[{P_2}{I_1} – {P_1}{I_2} = I_1^2{I_2}r – I_2^2{I_1}r]
[{P_2}{I_1} – {P_1}{I_2} = {I_1}{I_2}rleft( {{I_1} – {I_2}} right)]
Откуда внутреннее сопротивление равно:
[r = frac{{{P_2}{I_1} – {P_1}{I_2}}}{{{I_1}{I_2}left( {{I_1} – {I_2}} right)}};;;;(7)]
Подставим (6) и (7) в формулу (5):
[{P_{max}} = frac{{{{left( {{P_2}I_1^2 – {P_1}I_2^2} right)}^2} cdot {I_1}{I_2}left( {{I_1} – {I_2}} right)}}{{4I_1^2I_2^2{{left( {{I_1} – {I_2}} right)}^2} cdot left( {{P_2}{I_1} – {P_1}{I_2}} right)}}]
[{P_{max}} = frac{{{{left( {{P_2}I_1^2 – {P_1}I_2^2} right)}^2}}}{{4{I_1}{I_2}left( {{I_1} – {I_2}} right) cdot left( {{P_2}{I_1} – {P_1}{I_2}} right)}}]
Задача решена, посчитаем численный ответ:
[{P_max} = frac{{{{left( {30 cdot {2^2} – 24 cdot {5^2}} right)}^2}}}{{4 cdot 2 cdot 5 cdot left( {5 – 2} right) cdot left( {24 cdot 5 – 30 cdot 2} right)}} = 32;Вт]
Ответ: 32 Вт.
Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.
Ёмкость аккумулятора — одна из первых характеристик, на которую обращают внимание при покупке. Разумеется, после того, как посмотрят его рабочее напряжение. Емкость — это количество электричества (электрический заряд), которое может взять или отдать батарея при определенном напряжении в определенный отрезок времени. Измеряется ёмкость в ампер-часах. Для небольших аккумуляторов измерение производится в миллиампер-часах. Однако, обойтись при выборе только ёмкостью, было бы неверным решением. Ведь ёмкость — это не какое-то количество энергии. Емкость — электрический заряд, который этот источник питания может отдать или принять за определенное время. Вот, чтобы это время не превышалось, и существует понятие токоотдачи аккумулятора.
Обозначение параметра токоограничения на корпусе аккумулятора
Токоотдача — это допустимая скорость, с которой может разряжаться данный аккумулятор. Эта характеристика измеряется в номинальных ёмкостях конкретной батареи. Обозначается числом с латинской буквой “C”. Обычно на корпусе аккумулятора указывают величину токоотдачи в двух вариантах — рабочую и максимальную. К примеру, характеристики токоотдачи указаны как 10-20 C. То есть, рабочая токоотдача составляет 10 C, а максимальная 20 C.
Что же означает параметр токоотдачи, иногда называемый “ток разряда”? А означают он, что конкретный аккумулятор может отдать весь запас своей “энергии” за определенное время без опасности повреждения. Определить это время можно, если разделить один час на числовое значение указанное перед буквой C. Делимым в этом примере является один час. Потому что аккумулятор всю свою емкость теоретически отдает за час времени. (Если в инструкции указано другое время, за которое батарея отдает всю свою емкость, то делимым будет это время.) Например, токоотдача аккумулятора 10 C, а его ёмкость 1000 мАч. Делим 60 минут на число 10, стоящее перед буквой C (60/10=6), и получаем 6 минут. Иначе говоря, данный аккумулятор можно разрядить за шесть минут. Причем, разрядка произойдет при спокойной работе этого электроприбора без опасности повреждения батареи.
Однако, ведь существует еще и максимальная токоотдача 20 C. Значит, шестьдесят минут делим на двадцать (60/20=3) и получаем три минуты. Значит, данный аккумулятор можно разрядить за три минуты при максимальной нагрузке электроприбора. Вот эту скорость разряда батареи и нужно соблюдать. Можно, конечно, разряжать аккумулятор и более длительное время. Но за более короткое время разряжать его нельзя категорически.
Время разряда напрямую зависит от силы тока, который протекает в цепи, питаемой данным аккумулятором. Например, имеется батарея емкостью 1000 мАч (1 Ач) и напряжением 12 вольт. Подключаем к ней лампочку мощностью 1,2 ватта и напряжением 12 вольт. Так как мощность лампочки 1,2 ватта, то в цепи будет протекать ток силой 100мА или 0,1А (I=P/U=1,2/12=0,1 ампер). И светить лампочка может 10 часов (T=Q/I=1 Ач/0,1 А =10 часов). Подключаем, например, электродвигатель, который имеет мощность 120 ватт. В цепи протекает ток силой 10 ампер (I=P/U=120/12=10 ампер). Время работы от аккумулятора данного электродвигателя составит всего 6 минут (t=Q/I=1 Ач/10 А =0,1 часа=6 минут).
Теперь можно определить нужную токоотдачу аккумулятора для этих двух электроприборов. Во-первых, время работы лампочки 10 часов. Значит делим один час на десять (1/10=0,1). То есть, получаем токоотдачу 0,1 C. Это слишком малая величина для параметра токоотдачи. Иначе говоря, при выборе аккумулятора для питания такого маломощного потребителя как лампочка параметр токотдачи не очень важен.
Во-вторых, электродвигатель разрядит эту батарею за 6 минут. Делим один час на шесть (60/6=10). То есть, получаем токоотдачу 10 C. Получается, что для питания электродвигателя 120 ватт в течении 6 минут понадобится аккумулятор емкостью 1 Ач и токоотдачей 10 С. Здесь мы видим, что для такого сравнительно мощного электроприбора как электродвигатель мощностью 120 ватт уже стоит учитывать токоотдачу аккумулятора.
Токоограничение — важный параметр многих аккумуляторов
Также, используя в расчетах величину токоотдачи, можно узнать номинальный и максимальный ток, который может протекать в цепи при питании её от данного аккумулятора. А узнать ток, который, образно говоря, способен отдать аккумулятор, можно, умножив величину токоотдачи на величину ёмкости аккумулятора. Например, токоотдача аккумулятора 10-20 C, а его ёмкость 1000 мАч. Значит 10×1000=10000, то есть, рабочий ток аккумулятора – 10000 миллиампер (10 ампер). Ток с такой силой может протекать в цепи при номинальной (рабочей) нагрузке. А максимальный ток составляет 20×1000=20000 миллиампер или 20 ампер. Протекание тока с такой силой без вреда для себя может выдержать аккумулятор кратковременно.
Токоотдача никак не влияет на время работы электроприбора. Токоотдача аккумулятора может быть хоть 5 C, хоть 100 C. Увеличение токоотдачи не увеличит время работы электроприбора. Разумеется, при условии что аккумуляторы имеют одинаковую ёмкость. А время работы электроприбора, в первую очередь, зависит от мощности электроприбора и ёмкости аккумулятора.
Токоотдача не изменяется при любом соединении нескольких аккумуляторов. Хоть параллельной, хоть последовательной. Если же соединить параллельно два аккумулятора с разной токоотдачей, то токоотдача этой сборки будет равна токоотдаче аккумулятора с меньшей токоотдачей.
Иногда параметр токоотдачи не играет большой роли при выборе аккумулятора. Однако, для работоспособности некоторых устройств особенно важен параметр тока разряда аккумулятора. Например, аккумуляторы с высокой токоотдачей применяют в электроинструменте, в электронных сигаретах, в электромобилях. Аккумуляторы с высокой токоотдачей имеют внутреннюю химию, ориентированную на безопасную отдачу электроэнергии при протекании максимальных токах. Разумеется, без пагубных последствий для дальнейшей работы аккумулятора.
Несомненно, токоотдача не может фигурировать сама по себе. Этот параметр всегда связан с ёмкостью аккумулятора. Выбирая аккумулятор определённого напряжения, надо в первую очередь смотреть на его емкость. А затем примерно рассчитывать время работы электроприбора от аккумулятора. После этого и надо обращать внимание на параметр “С”. Разумеется, выбор этой характеристики зависит от того, какой именно электроприбор будет работать от данного аккумулятора. Это может быть квадрокоптер, привод страйкбольного оружия, электрооборудование автомобиля, электромобиль, какая-нибудь самодельная модель и многое другое.
Обозначение токоограничения на аккумуляторах
Чтобы во время работы электроприбора аккумулятор не разряжался с недопустимой для него скоростью, и необходимо учитывать параметр токоотдачи. Иначе говоря, разряд аккумулятора при слишком большой силе тока, протекающей в цепи, и за слишком короткое время приводит к менее эффективной отдаче электроэнергии. Разумеется, что это нелинейно уменьшает время работы аккумулятора. А значит, приводит к перегреву и снижению срока службы. Вплоть до полного выхода из строя за очень короткое время.
Для вашего удобства подборка публикаций
Что такое якорь и индуктор и чем они отличаются от ротора и статора?
От какого слова произошло понятие электричество?
Электрическая дуга между контактами
Электромагнитная индукция
Токовые трансформаторы. Подключение электросчетчика для башенного крана
Индуктивное сопротивление
Что такое фаза, ноль и земля в электротехнике
Система защитного заземления – TN-C-S
Как правильно рассчитать мощность генератора для дома
Синхронный и асинхронный генераторы
Что такое заземление?
Инверторные генераторы
Схема подключения УЗО в однофазной сети без заземления
Что будет если засунуть гвоздь в розетку защищенную УЗО?
Система защитного заземления TN-C – зануление с повторным заземлением
3 латинских буквы на автоматических выключателях
Где в розетке плюс, а где минус?
Величина напряжения прикосновения в разных ситуациях
Главная страница
Спасибо за посещение канала, чтение заметки, упоминание в социальных сетях и других интернет — ресурсах, а также подписку, лайки, дизлайки и комментарии (Лайки и дизлайки можно ставить не регистрируясь и не заходя в аккаунт)