Что такое баланс напряжения
Баланс мощностей в цепи постоянного тока
Баланс мощностей является следствием закона сохранения энергии — суммарная мощность вырабатываемая (генерируемая) источниками электрической энергии равна сумме мощностей потребляемой в цепи.
Источники E1 и E2 вырабатывают электрическую энергию, т.к. направление ЭДС и тока в ветвях с источниками совпадают (если ЭДС и ток в ветвях направлены в противоположную сторону, то источник ЭДС потребляет энергию и его записывают со знаком минус). Баланс мощностей для заданной цепи запишется так:
С учетом погрешности расчетов баланс мощностей получился.
Какова допустимая погрешность?? У меня выходит 0,561
По идее баланс мощности должен равняться нулю, но так как мы округляем некоторые значения при расчете — возникает погрешность, которая может составлять примерно 0,1 — 5% от потребляемой мощности.
Про знаки ЭДС сказано про знаки мощностей приёмников — нет.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Баланс напряжения может быть рассчитан теоретически. Равновесные потенциалы электродов определяют по уравнению Нернста. Значения т а и т к находят из справочных данных. [4]
Баланс напряжения может быть рассчитан теоретически. Равновесные потенциалы электродов определяют по уравнению Нсрнста. Значения т ] а и TJK находят из справочных данных. [5]
Баланс напряжения позволяет установить соотношения для количественного расчета напряжения электролиза и отдельных его составляющих. Разность потенциалов между клеммами электролизера называется напряжением электролиза. Произведение силы тока на напряжение и на время, в течение которого ведется электролиз, дает величину работы электрического тока. Эта работа расходуется на преодоление сопротивления и на химические реакции. Работа, затраченная на преодоление сопротивления, переходит в джоулево тепло. Работа, затраченная на химические реакции, переходит во внутреннюю энергию веществ и частично в тепло. [6]
Баланс напряжения может быть рассчитан теоретически. Равновесные потенциалы электродов определяют по уравнению Нернста. Значения т) а и г к находят из справочных данных. [9]
Баланс напряжения на электролизерах типа БГК-17 при работе с различными плотностями тока, экспериментально определенный А. Г. Войтеховым, будет рассмотрен в следующей главе ( стр. [10]
Составляем баланс напряжения на электролизере. Характер электродных процессов, протекающих при электролизе криолитно-глиноземного расплава, определить затруднительно, так как неизвестны не только потенциалы заряда присутствующих ионов, но даже характер и концентрация этих ионов. Поэтому, исходя из практических данных, примем напряжение на электролизере равное 1 7 В. [11]
Составляем баланс напряжения на электролизере. [12]
Анализ баланса напряжения на ванне рассмотрен выше ( гл. Следует отметить что, учитывая отсутствие перенапряжения и заметной поляризации электродов, все напряжение имеет характер омических потерь. [13]
Структура баланса напряжения зависит от плотности тока и типа анодов. [15]
Баланс напряжений и Вольтамперная характеристика
Сначала прочитайте Что такое электричество и зачем оно нужно и Ток, напряжение, сопротивление. Закон Ома
10. Баланс напряжений.
Если мы получили некоторое количество электрической энергии за счет ЭДС. источника, то при протекании тока израсходуем всю эту энергию во всей цепи.
То есть, напряжение возникает на всех сопротивлениях, где протекает ток, поэтому напряжение возникает как на внешней нагрузке, так и на внутреннем сопротивлении источника.
Е – это ЭДС
E = U + U вн ЭДС равна сумме падений напряжения во внешней цепи на внутреннем сопротивлении источника.
То же самое E = IR + Ir вн
Сумма падений напряжений на нагрузке и внутри источника равна ЭДС. Эту фразу надо выучить.
Из уравнения очевидно, что
Напряжение всегда равно ЭДС минус падение напряжения внутри самого источника.
Напряжение всегда меньше ЭДС. на величину падения напряжения внутри самого источника.
Последнее обстоятельство очень важно понимать.
Ток, созданный источником, проходит по замкнутой цепи, то есть, через нагрузку и через сам источник.
Следовательно, электрическая энергия, которую можно получить в источнике, не может быть вся израсходована полезно в нагрузке, часть энергии теряется бесполезно в самом источнике. Бесполезно потому, что нагрев самого источника абсолютно не нужен и, в большинстве случаев, вреден.
11. Виды простых электрических цепей.
Простые электрические цепи с несколькими сопротивлениями.
Последовательное соединение сопротивлений
При последовательном соединении сопротивлений, между сопротивлениями нет узлов, и ток никуда не ответвляется, поэтому ток через последовательно соединенные сопротивления протекает один и тот же.
Полное (эквивалентное) сопротивление цепи равно сумме сопротивлений.
Сумма напряжений на сопротивлениях равна общему напряжению.Напряжение на каждом сопротивлении пропорционально сопротивлению.
Чем больше сопротивление, тем больше на нем напряжение
При последовательном сопротивлении нельзя отключать одно сопротивление, происходит разрыв цепи и все отключится.
Параллельное соединение сопротивлений
Сумма токов втекающих в узел равна сумме токов вытекающих из узла.
Алгебраическая сумма токов узла равна 0.
Смысл этого закона очень легко понять, если представить себе провода как трубы, а ток как воду.
Значит, ток разветвляется по этим сопротивлениям и в каждом сопротивлении протекает свой ток.
Сумма токов во всех сопротивлениях равна общему току.
I общ = I 1+ I 2+ I 3
Полное (эквивалентное) сопротивление всей цепи рассчитывается по формуле.
Обратная величина полного сопротивления всей цепи равна сумме обратных величин всех сопротивлений.
Полная эквивалентная проводимость равна сумме
проводимостей всех ветвей.
Полное сопротивление всей цепи меньше наименьшего из всех параллельно соединенных сопротивлений.
Чем больше сопротивлений соединяется параллельно, тем меньше полное сопротивление цепи, и больше ток, который отдает источник. Это вполне логично, ведь чем больше подключается сопротивлений параллельно, тем больше путей для тока и ему легче идти.
При параллельном соединении каждое сопротивление можно отключать и подключать, независимо от других.
В реальной практике, в силовых и осветительных сетях, к одному источнику подключается несколько нагрузок, при этом всегда нагрузки подключаются параллельно.
Это удобно, потому что они работают независимо друг от друга и рассчитаны на одно и то же напряжение, и значит, их легко стандартизовать.
Вспомните, сколько лампочек в вашей квартире, и все они подключены к одной паре проводов входящих в квартиру. Все лампочки рассчитаны на напряжение 220 В, и их можно включать и выключать независимо друг от друга.
Например, в автомобиле все потребители: лампочки, моторы и т.п. включены параллельно под напряжение 12 В.
Смешанное соединение это параллельное соединение, только некоторые ветви содержат по несколько последовательно соединенных сопротивлений.
12. Электрическая мощность.
До сих пор с энергией было связано понятие напряжение и ЭДС.
Теперь если мы возьмем и умножим скорость потока всех электрических зарядов на энергию единичного заряда (напряжение), то получим скорость совершения работы по перемещению всех электрических зарядов.
Электрическая мощность сопротивления равна произведению тока на напряжение.
Очень важно, что мощность пропорциональна квадрату тока.
Это значит, что если сопротивление меньше, то мощность все равно будет больше, это станет очевидно при решении задач.
P = E I Мощность, которую создает источник, равна произведению ЭДС источника на ток в цепи.
Мощность, которую создает источник и полезная мощность, которая получается на нагрузке, сильно отличаются. Вся мощность выделенная источником не может выделиться на нагрузке. КПД не может быть 100%. Часть мощности источника греет сам источник и, значит, что это мощность потерянная.
P = ( U – Ir вн ) I = U I – I 2 r вн
I 2 r вн – потери мощности в источнике
Мощность обозначается P
Мощность измеряется в Ваттах Вт
Например, лампочка мощность 100 Вт. дает больше света, чем лампочка мощность 75 Вт.
Электрическая энергия определяется как мощность, умноженная на время.
Электрическая энергия стоит денег, и мы за нее платим.
Лампочка мощность 100 Вт за 1 час превращает в тепло и свет электроэнергию 100 Вт*час. на сумму 12,8 коп.
Лампочка мощностью 75 Вт. за час превращает в тепло и свет электроэнергию 75 вт*час на сумму 9,6 коп.
13. Закон Ома для всей цепи.
Зависимости всех параметров цепи устанавливает закон Ома для всей цепи.
Формула этого закона выводится из баланса напряжений.
( R нагрузки + r внутренее ) –это полное сопротивление цепи
Формула закона Ома для всей цепи
Ток в цепи прямо пропорционален ЭДС источника и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи.
Смысл закона Ома для всей цепи понятен, если понятен баланс напряжений в цепи.
14. Вольтамперная характеристика электрической цепи.
Сколько лампочек можно подключить к одной батарейке?
График зависимости напряжения от величины тока, который отдает источник. называется вольтамперная характеристика источника.
1. Почему может изменяться ток, который отдает источник?
2. Почему нагрузка может потреблять разный ток?
В сущности, это один и тот же вопрос.
Итак, чем больше параллельно подключается лампочек к источнику, тем меньше суммарное сопротивление нагрузки, тем больший ток вынужден отдавать источник.
Как будут вести себя приемники электрической энергии и источник электрической энергии, если мы будем увеличивать количество параллельно подключаемых приемников?
То есть, как будет меняться напряжение, если увеличивается ток, который отдает источник?
При увеличении тока, напряжение снижается, почему?
График зависимости напряжения от величины тока, который отдает источник. называется вольтамперная характеристика источника.
Увеличиваем нагрузку, поочередно добавляем лампочки. Общий ток растет
По мере увеличения тока нагрузки напряжение на нагрузке падает .
Ток
Если не включать ни одной лампочки, то напряжение остается равным ЭДС
Такое состояние называется «Холостой ход»
Включаем одну лампочку, появляется ток 1. Напряжение снижается (вертикальный зеленый отрезок) и появляется падение напряжения внутри источника (Вертикальный оранжевый отрезок)
Лампочка горит нормально.
Оранжевая линия длиннее, зеленая короче. Видно, что напряжение на двух лампочках стало ниже, чем было на одной горящей лампочке. Обе лампочки горят, но не так ярко, как горела одна.
Если включать следующие лапочки, то ток будет нарастать, падение напряжения внутри источника становится больше и напряжение на лампочках становится ниже, они горят тусклее. Сам источник начинает греться, так как большой ток на его внутреннем сопротивлении выделяет много тепла.
Последняя лампочка, которую ради интереса можно включить, приводит к тому, что напряжение на лампочках становится равным нулю. То есть вся ЭДС источника тратится на поддержание напряжение внутри источника. То есть падение напряжения внутри источника становится равным ЭДС Если еще включать лампочки, ничего не изменится, ток достиг максимальной величины, а напряжение остается равным нулю. Источник бесполезно греется. Такое состояние называют –«Короткое замыкание».
Как сделать так, чтобы все 5 лампочек, хоть как-то горели? Для этого надо взять другой – более мощный источник. У него должно быть меньше внутреннее сопротивление r вн. Тогда при включении лампочек, падение напряжения внутри источника Ir вн. станет меньше, а значит, напряжение на нагрузке станет больше.
График вольтамперной характеристики более мощного источника показан синей линией. Чтобы сделать такой источник, надо увеличить его размеры или, например, взять вместо тонкой батарейки, более толстую.
Когда ток достигает максимального значения, и напряжение падает до нуля, то это режим короткого замыкания
Такой характер зависимости справедлив для любых источников электрической энергии.
15. Режимы работы источника электрической энергии.
Рассматривают три режима работы электрической цепи
Холостой ход, короткое замыкание и номинальный режим.
Любая цепь может оказаться в любом из указанных режимов.
Это зависит от того какую нагрузку подключают к данному источнику, иначе говоря, это зависит от того какое соотношение получится между сопротивлением (нагрузки) внешней цепи и внутренним сопротивлением источника.
В этом случае напряжение на выводах источника рано ЭДС источника.
Ток в цепи равен 0. Цепь разомкнута.
Источник работает, но для него это холостой ход
На холостом ходу ток равен 0.
Напряжение равно ЭДС
Мощность, которую отдает источник, равна 0.
На поддержание рабочего режима холостого хода, к сожалению, надо тратить некоторую небольшую внешнюю энергию, то есть на электростанции, например, надо сжигать небольшое количество угля, чтобы генератор крутился.
Номинальный режим.
Рассмотрим режим работы цепи, когда подключили малую нагрузку (одна лампочка).
— сопротивление нагрузки сравнимо с внутренним сопротивлением источника
— напряжение на нагрузке меньше величины ЭДС.на величину падения напряжения внутри источника
— напряжение еще довольно близко по величине к величине ЭДС
— мощность, которую создает источник, практически вся используется в нагрузке
— К.П.Д. довольно высок.
Этот режим можно назвать номинальным рабочим режимом с высоким К.П.Д.
Это режим, которому обычно соответствуют паспортные (данные) параметры источника: рабочее напряжение на нагрузке, ток, мощность.
— напряжение на нагрузке упало до 0
— все напряжение создается только внутри источника
— мощность, которая выделяется на нагрузке, равна 0
— источник создает огромную электрическую мощность, но она вся тратится внутри самого источника на его нагрев, и источник может сгореть.
Холостой ход бесполезен, так как, при холостом ходе не работают никакие полезные нагрузки. В силовых и осветительных цепях холостой ход следует рассматривать как режим ожидания. В электронных схемах холостой ход применяют часто для поддержания максимального уровня напряжения сигнала.
Короткое замыкание бесполезно, так как нагрузки, хотя и подключены, они тоже не работают, потому что напряжение на них равно 0 и никакой полезной мощности выделить нельзя. Лапочки просто не горят. В электронных схемах режим короткого замыкания применяется для маломощных источников для поддержания стабильного тока сигнала.
2. Термодинамические параметры. Термодинамические показатели. Баланс напряжений
2. Термодинамические параметры. Термодинамические показатели. Баланс напряжений
Любая ТДС характеризуется параметрами: температура, давление, плотность, концентрация, мольный объем. В любой ТДС обязательно протекают процессы, и они могут быть равновесными, неравновесными, обратимыми и необратимыми.
Если в ТДС определенное свойство системы не будет изменяться во времени, т. е. оно будет одинаковым во всех точках объема, то такие процессы – равновесные.
В неравновесных процессах свойство системы будет изменяться во времени без воздействия окружающей среды.
Обратимые процессы – процессы, в которых система возвращается в первоначальное состояние.
Необратимые – когда система не возвращается в первоначальное состояние.
Функции могут зависеть от пути процесса. Функции, которые зависят от начального и конечного состояний системы и не зависят от пути процесса, – функции состояния; внутренняя энергия, энтальпия, энтропия и другие – полные дифференциалы.
Функции, которые зависят от начального и конечного состояний системы и зависят от пути процесса, не являются функциями состояния и не являются полными дифференциалами Q, A.
Функции можно разделить на две группы: экстенсивные и интенсивные.
Экстенсивное свойство системы прямо пропорционально массе системы и обладает аддитивностью (можно складывать): V, H, U в н, S, G, F.
Интенсивное свойство системы не зависит от массы системы и не обладает свойством аддитивности: Q, A, T, P.
Давление – параметр состояния, определяемый силой, действующей в теле на единицу площади поверхности по нормали к ней. Оно характеризует взаимодействие системы с внешней средой.
Температура определяет меру интенсивности теплового движения молекул.
Значение градуса температуры и начало ее отсчета произвольны. В качестве эталона можно было бы выбрать не воду, а любое другое вещество (лишь бы его свойства однозначно изменялись с температурой, были воспроизводимы и легко поддавались измерению).
Такая произвольность исчезает, если пользоваться термодинамической (абсолютной) шкалой температур, основанной на втором законе термодинамики. Начальной точкой этой универсальной шкалы является значение предельно низкой температуры – абсолютный нуль, равный 273,15 о С.
Уравнение состояния
Уравнение, связывающее термодинамические параметры системы в равновесном состоянии, – уравнение состояния.
Вследствие взаимосвязи между свойствами системы для определения ее состояния достаточно указать лишь некоторое число свойств. Так, состояние газа можно считать заданным, если указаны два параметра, например, температура и объем, а значение третьего параметра – давления – можно определить из уравнения состояния
Графически это уравнение является уравнением поверхности, построенной на трех взаимно перпендикулярных осях, каждая из которых соответствует одному термодинамическому параметру. Таким образом, термодинамическая поверхность – геометрическое место точек, изображающих равновесные состояния системы в функциях от термодинамических параметров.
Понятие теплоты
Пусть дан изолированный сосуд, который разделен полупроницаемой перегородкой (рис. 1). В первой части сосуда температура Т 1, во второй – температура Т 2; Т 1 > Т 2.
Молекулы, ударяясь о полупроницаемую перегородку, будут отдавать часть энергии, а другие – принимать ее, без механического перемещения.
Форма передачи энергии от одной части системы к другой называется теплотой Q.
Понятие работы
Работа процесса – это энергия, передаваемая одним телом другому при их взаимодействии, не зависящая от температуры этих тел и не связанная с переносом вещества от одного тела к другому.
Обмен энергией между системой и внешней средой обуславливается работой, совершаемой этой системой:
Работа (А) определяется суммой произведений сил, действующих на систему сил (давления и изменения объема).
Если протекают равновесные процессы, то работа равновесного процесса будет максимальной величиной, по сравнению с неравновесным процессом
Если телу сообщают определенное количество теплоты, то это значит, что тело надо нагреть, а охладить систему – произвести действие, обратное нагреванию, т. е. отвести энергию.
Работа и теплота являются количественными характеристиками двух форм обмена энергией между системой и окружающей средой.
Понятие внутренней энергии
Внутренняя энергия системы U внскладывается из энергии поступательного и вращательного движения молекул, энергии внутримолекулярного колебательного движений атомов и атомных групп, энергии, заключающейся в ядрах атомов, энергии межмолекулярного взаимодействия.
U внявляется полным дифференциалом, она не зависит от пути процесса, а зависит от начального и конечного состояний системы, она однозначно непрерывна и конечна. Абсолютное значение U внопределить нельзя, можно определить только ее изменения.
Q и А качественно и количественно характеризуют форму передачи энергии, взаимосвязь между Q, A, U внустанавливает первый закон термодинамики.
Термодинамические показатели
К термодинамическим показателям относятся те, которые можно рассчитать, используя законы термодинамики, исходя из условий, что система находится в равновесии. Напряжение разложения:
п – число электронов, участвующих в химической реакции;
где А – максимальная работа, которую способна совершить система в равновесном состоянии.
где Q – тепловой эффект реакций;
U p– термодинамическая характеристика электрохимической системы, которая мало зависит от условий электролиза.
Отклонение системы – поляризация. Электрохимическая реакция является гетерогенным процессом, и ее скорость может лимитироваться одной из стадий:
1) подвод реагирующего вещества к границе раздела фаз;
2) разряд и ионизация;
3) отвод продуктов реакции.
Поляризация, определяемая медленной стадией массопереноса – концентрационная. Если медленной стадией является стадия разряда ионизации, то поляризация называется перенапряжением. Природа и значение поляризации зависят от многих факторов: природа реагирующего вещества, материал электрода, состояние поверхности электрода, плотность тока, состав раствора и режим электролиза. Кинетический параметр – параметр, определяемый в реальных условиях электрохимической системы: ? тока, Е АКТИВ, коэффициент диффузии, коэффициент переноса ? (на катод), ? (на анод) – доля расхода на процесс:
1) сила тока в электрохимическом аппарате J= i KS ед загрузки, A, Z, i K – в зависимости от электролита;
2) скорость электролиза – образование массы вещества за единицу времени
где q – электрохимический эквивалент, v электролиза – J тока,
если в 1 см 2 – v – i тока.
Баланс напряжений. Напряжение на электрохимическом аппарате определяет расход электроэнергии при электролизе. Баланс напряжений на электрохимическом аппарате складывается из следующих составляющих:
где Е a– обратимый потенциал анода, В;
Е К – обратимый потенциал катода, В;
?U ЭЛ-ТА– падение напряжения в электролите, В;
?U ДИФ– падения напряжения в диафрагме, В;
?U КОН– падение напряжения в контактах, В;
?U ЭЛ – падение напряжения в электродах, В.
где i– плотность катодного тока;
? 0 – удельное сопротивление электролита, ? 0 повышается при вводе газа;
l – расстояние между электродами;
S – площадь сечения электролита;
Падение напряжения газозаполнения элемента определяется по формуле
Падение напряжения в диафрагме
Падение напряжения в контактах обычно принимают равным 5 – 10% от общего напряжения.
Падение напряжения в электродах:
Снижение напряжения на электрохимическом аппарате – оптимальное расстояние между электродами, максимальной электропроводностью.
К энергетическим характеристикам относятся:
1) напряжение на электрохимическом аппарате;
2) отдача по напряжению.
3) отдача по емкости
4) отдача по энергии
5) производительность электрохимического аппарата оценивается количеством продукта на одной затраченной энергии.
Расход электрической энергии на 1 тонну произведенного продукта определяется так:
В T – выход по току в долях единицы.
Энергетический баланс – устанавливает соотношение между видом энергии, поступающей в электролизер, и энергией, уходящей из него, демонстрируя равенство статей прихода и расхода. Электроэнергия const тока, подводимая к электролизеру, составляет:
Общее уравнение энергетического баланса имеет следующий вид:
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Продолжение на ЛитРес
Читайте также
4. Термодинамические характеристики ионов в растворах электролитов
30. Физические свойства и параметры мембран
30. Физические свойства и параметры мембран Измерение подвижности молекул мембраны и диффузия частиц через мембрану свидетельствует о том, что билипидный слой ведет себя подобно жидкости. Однако мембрана есть упорядоченная структура. Эти два факта предполагают, что
ОЖИДАЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОТЛА
ОЖИДАЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОТЛА Металлическая решетка в центре котла и две другие главные решетки, образующие основную конструкцию остальной части котла, были каждая в отдельности изучены в экспоненциальных экспериментах ##18, 27 и 29. Эти эксперименты дали для коэффициента
90 Точка концентрации напряжений, или Как остановить трещину на стекле
90 Точка концентрации напряжений, или Как остановить трещину на стекле Для опыта нам потребуются: две длинные палки. Ну, раз уж начали про стекло, давайте подумаем над занятным вопросом. Часто бывает, что по стеклу начинает бежать трещина. Чаще всего это заметно на лобовых
3.11. Показатели цвета астероидов
3.11. Показатели цвета астероидов Различные приемники излучения, в том числе человеческий глаз, обладают различной чувствительностью к лучам различных длин волн. Человеческий глаз наиболее чувствителен к желтым и зеленым лучам, в то время как несенсибилизированная
4.4. Орбитальные параметры комет
4.4. Орбитальные параметры комет … Теперь известны нам Комет пути крутые, что внушали Всем ужас. Мы отныне не трепещем При появленьи бородатых звезд. Э. Галлей. «Ода Ньютону» Если орбиты большинства астероидов имеют умеренные значения эксцентриситетов и наклонов, то