Что такое электродвижущая сила

Подробно этот вопрос мы рассмотрели в отдельной статье: https://samelectrik.ru/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

Под ЭДС понимается физическая величина, характеризующая работу каких-либо сторонних сил, находящихся в источниках питания постоянного или переменного тока. При этом, если имеется замкнутый контур, то можно сказать, что ЭДС равна работе сил по перемещению положительного заряда к отрицательному по замкнутой цепи. Или простыми словами, ЭДС источника тока представляет работу, необходимую для перемещения единичного заряда между полюсами.

При этом если источник тока имеющего бесконечную мощность, а внутреннее сопротивление будет отсутствовать (позиция А на рисунке), то ЭДС можно рассчитать по закону Ома для участка цепи, т.к. напряжение и электродвижущая сила в этом случае равны.

I=U/R,

где U – напряжение, а в рассмотренном примере — ЭДС.

Однако, реальный источник питания имеет конечное внутреннее сопротивление. Поэтому такой расчет нельзя применять на практике. В этом случае для определения ЭДС пользуются формулой для полной цепи.

I=E/(R+r),

где E (также обозначается как «ԑ») — ЭДС; R – сопротивление нагрузки, r – внутреннее сопротивление источника электропитания, I – ток в цепи.

Однако, эта формула не учитывает сопротивление проводников цепи. При этом необходимо понимать, что внутри источника постоянного тока и во внешней цепи, ток течет в разных направлениях. Разница заключается в том, что внутри элемента он течет от минуса к плюсу, то во внешней цепи от плюса к минусу.

               Что такое напряжение

Электрическое напряжение (обозначается как U) – это физическая величина, которая отражает количественную характеристику работы электрического поля по переносу заряда из точки А в точку В. Соответственно напряжение может быть между двумя точками цепи, но в отличии от ЭДС оно может быть между двумя выводами какого-то из элементов цепи. Напомним, что ЭДС характеризует работу, выполненную сторонними силами, то есть работу самого источника тока или ЭДС по переносу заряда через всю цепь, а не на конкретном элементе.

Это определение можно выразить простым языком. Напряжение источников постоянного тока – это сила, которая перемещает свободные электроны от одного атома к другому в определенном направлении.

Для переменного тока используют следующие понятия:

§ мгновенное напряжение — это разность потенциалов между точками в данный промежуток времени;

§ амплитудное значение – представляет максимальную величину по модулю мгновенного значения напряжения за промежуток времени;

§ среднее значение – постоянная составляющая напряжения;

§ среднеквадратичное и средневыпрямленное.

Напряжение участка цепи зависит от материала проводника, сопротивления нагрузки и температуры. Так же как и электродвижущая сила измеряется в Вольтах.

Часто для понимания физического смысла напряжения, его сравнивают с водонапорной башней. Столб воды отождествляют с напряжением, а поток с током.

При этом столб воды в башне постепенно уменьшается, что характеризует понижение напряжения и уменьшения силы тока.

        Мгновенная активная реактивная и полная мощность

В сложной электрической цепи, состоящей из разнородных элементов R, L, C, одно­временно происходят следующие физические процессы:

а) необратимый процесс преобразования электрической энергии в дру­гие виды (теп­ловую, механическую и др.), который называется активным;

б) обратимый процесс колебания энергии между переменным электри­че­ским полем конденсаторов , магнитным полем кату­шек и источ­ником энергии, который называется реактивным.

Процесс преобразования и процесс колебания энергии взаимно накла­ды­ваются друг на друга, создавая в цепи единый сложный энергетический про­цесс.

Пусть электрическая цепь носит активно-индуктивный характер и может быть пред­ставлена простой схемой, состоящей из источника ЭДС е и пассив­ных элементов R и L, включенных последовательно (рис. 41):

Напряжение и ток на входе схемы как функции времени и их комплекс­ные изображения будут равны:

;

.

Мгновенная мощность, как функция времени, состоит из двух слагае­мых:

Первое слагаемое характеризует процесс преоб­разования элек­трической энергии в другие виды (активный процесс). Вто­рое слагаемое изменяется по периодическому за­кону с частотой 2w и характери­зует процесс обмена энергией между магнитным полем приемника и источником энергии (реактивный процесс).

Количество энергии, которое преобразуется в приемнике в другие виды в единицу времени, называется активной мощностью P. Математически актив­ная мощность может быть получена как среднее значение мгновенной мощно­сти за период:

Реактивная мощность Q характеризует интенсивность обмена энергией между маг­нитным полем приемника и источником и определяется по формуле:

Реактивная мощность индуктивного характера положительна, а емкостного характера отрицательна. Противоположность знаков указы­вает на тот факт, что коле­бания энергии в разнородных элементах совершаются в противофазе.

В технике используется понятие полной мощности S, которая не имеет физического смысла и определяется по формуле:

.

Мощности S, P, Q образуют прямоугольный треугольник, который на­зы­вается тре­угольником мощностей (рис. 42).

Хотя физическая размерность мощностей S, P, Q одинакова, а именно , для каж­дой из них на практике применяется своя единица измерения: для активной мощности P - ватт , для реактивной мощности Q - вольтампер реактивный , для полной мощности S - вольтампер .

В соответствии с законом сохранения энергии в цепи переменного тока должны ба­лансироваться независимо друг от друга активные и реактивные мощности приемников и ис­точников энергии: и . Баланс для полных мощностей не со­блюдается.

При расчете цепей переменного тока комплексным методом мощности S, P, Q пред­ставляют в комплексной форме:

где - сопряженный комплекс тока .

Таким образом

- модуль комплексной мощности;

- вещественная часть;

- мнимая часть.

                         Однофазные выпрямители