Nowe skanowanie 20080122063917 000000005 tif

3. Obwód elektryczny nierozgałęziony

Pytania

1.    Podać wzory na obliczanie energii elektrycznej w czasie t: a) przy stałych, b) przy zmieniających się wartościach napięcia i prądu.

2.    Jakie są używane jednostki mocy i energii elektrycznej ?

3.    Prawo Jouie'a.

4.    Jaki jest równoważnik cieplny 1 kW • h ?

5.    Objaśnić zasadę działania amperomierza cieplnego.

3.6. IDEALNE I RZECZYWISTE ŹRÓDŁA NAPIĘCIA I ICH CHARAKTERYSTYKI

Wszystkie stosowane źródła napięcia, jak maszynowe, elektrochemiczne i in., odznaczają się oprócz właściwego im napięcia źródłowego E, zwanego też siłą elektromotoryczną, także pewną rezystancją wewnętrzną R_w. Takie źródła napięcia nazywają się rzeczywistymi źródłami napięcia.

i    I

0 0 ~

Rys. 3.13. Źródła napięcia i ich charakterystyki: a) obwód elektryczny; b) schemat zastępczy rzeczywistego źródła napięcia; c) charakterystyka prądowo-napięciowa rzeczywistego źródła napięcia; d) charakterystyka prądowo-napięciowa idealnego źródła napięcia

Rzeczywiste źródło napięcia jest scharakteryzowane dwoma parametrami: E i R_w, napięciem źródłowym i rezystancją wewnętrzną.

Na rys. 3.13a przedstawiono schematycznie rzeczywiste źródło napięcia zasilające prądem I odbiornik o rezystancji R.

Z bilansu mocy wynika, że moc Ul oddawana przez źródło odbiornikowi jest

3.6. Idealne i rzeczywiste źródła napięcia

równa różnicy mocy El wytwarzanej w źródle i mocy R_w I² traconej na ciepło wewnątrz źródła

Ul = EI — R_WI²    (3.38)

skąd napięcie na zaciskach źródła podczas pracy

U = E-R_WI    (3.39)

jest mniejsze od napięcia źródłowego o tzw. spadek napięcia wewnątrz źródła; R_w 1.

Zależność napięcia na zaciskach źródła od prądu nazywa się charakterystyką prądowo-napięciową źródła lub jego charakterystyką zewnętrzną.

Źródło jest liniowe, jeżeli jego napięcie źródłowe E, oraz rezystancja wewnętrzna R_w nie zależą od prądu obciążenia.

Charakterystyka prądowo-napięciowa liniowego źródła napięcia jest linią prostą (rys. 3.13c).

Za idealne uważa się takie źródło napięcia, którego rezystancja wewnętrzna jest równa zeru. Jego charakterystyka prądowo-napięciowa jest równoległa do osi odciętych (rys. 3.13d). Idealne źródło napięcia charakteryzuje się tylko jednym parametrem; napięciem źródłowym E.

Rzeczywiste źródło napięcia E, R_w można więc przedstawić jako szeregowe połączenie idealnego źródła napięcia E i opornika o rezystancji R_w (rys. 3.13b).

I

Rys. 3.14. Rzeczywiste źródło napięcia jako odbiornik energii elektrycznej

Jeżeli napięcie na zaciskach źródła rzeczywistego osiąga pod wpływem innych źródeł znajdujących się w obwodzie wartość większą niż jego napięcie źródłowe (rys. 3.14), prąd I zmienia zwrot i źródło staje się odbiornikiem energii elektrycznej. Z bilansu energii wynika, że energia dostarczona do źródła w czasie At jest równa sumie energii elektrycznej El At zamienionej na inny rodzaj energii (np. na energię mechaniczną lub chemiczną) oraz energii R_w I² At zamienionej na ciepło wewnątrz źródła

Ul At = El At + R_wI² At    (3.40)

stąd napięcie na zaciskach źródła

U = E + R_WI    (3.41)

Energia mechaniczna uzyskana w drodze zamiany na nią energii elektrycznej może być zużytkowana do dalszego przetworzenia lub do wykonania pracy mecha-