Рассмотрим полную цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой Е, внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R. Закон Ома для полной цепи записывается в виде
Умножив обе части этой формулы на Δq = IΔt, мы получим соотношение, выражающее закон сохранения энергии для полной цепи постоянного тока:
Работа кулоновских сил ΔAкул, действующих во всей замкнутой цепи (внешней и внутренней) равна работе сторонних сил ΔAст, действующих внутри источника.
Полная мощность источника, то есть работа, совершаемая сторонними силами за единицу времени, равна
Во внешней цепи выделяется мощность
Отношение
называется коэффициентом полезного действия источника.
На рисунке графически представлены зависимости мощности источника Pист , полезной мощности P, выделяемой во внешней цепи, и коэффициента полезного действия η от тока в цепи I.
Для источника с ЭДС, равной Е, и внутренним сопротивлением r ток в цепи может изменяться в пределах от I = 0 при R = ∞ , до
при R = 0.
Зависимость мощности источника Pист, мощности во внешней цепи P и КПД источника η от силы тока.
Из приведенных графиков видно, что максимальная мощность во внешней цепи Pmax, равная
достигается при R = r. При этом ток в цепи
а КПД источника равен 50 %. Максимальное значение КПД источника достигается при I → 0, т. е. при R → ∞. В случае короткого замыкания полезная мощность P = 0 и вся мощность выделяется внутри источника, что может привести к его перегреву и разрушению. КПД источника при этом обращается в нуль.
"Элементарная Физика" на YouTube - интересные факты, законы физики, примеры решения задач в доступной и увлекательной форме
