Енергетичні співвідношення. Закон Джоуля–Ленца. Баланс потужностей.

При проходженні електричного струму І по ділянці кола з опором R здійснюється перетворення електричної енергії в теплову. Кількість електричної енергії W, перетвореної в теплову за час t, визначається за законом Джоуля–Ленца: W = I ²Rt.

Потужність Р є кількість енергії, що перетворюється за одиницю часу: P = W/t = I ²R або P = U ²/R.

Замінивши добуток I·R напругою U (згідно закону Ома) отримаємо формулу для визначення потужності Р, що характеризує інтенсивність процесу перетворення електричної енергії в тепло або інші види енергії: P = UI.

Основними одиницями виміру для потужності є ват (Вт), а для електричної енергії – ват–секунда (Втсек.) або джоуль (Дж). На практиці частіше використовують більш великі одиниці виміру:

1 Кіловат (КВт) = 1000 ват;

1 Кіловат–година (КВтгод.) = 3,610⁶ ват–секунд або джоулів.

Розглянемо баланс потужностей в найпростішому колі. Для цього помножимо всі складові рівняння E = IR _дж + IR _п + IR _н на І    EІ = I ² R _дж + I ² R _п + I ² R _н.

Добуток EІ є повна електрична потужність Р, яку має джерело. Частина цієї потужності Р _дж = I ²·R _дж втрачається в самому джерелі у вигляді тепла. Різниця Р – Р_дж є потужність, що віддається джерелом в зовнішнє коло.

В проводах лінії також втрачається у вигляді тепла частина потужності Р_п = I ²·R_п. Потужність, що залишилась Р_н = I ²·R_н = U_н·І споживається навантаженням.

Баланс потужностей полягає в рівності значень суми повних електричних потужностей джерел кола і суми потужностей, що споживаються елементами кола.

Втрати потужності в джерелах живлення сучасних енергетичних установок відносно невеликі. Потужні енергетичні генератори мають високий к.к.д., що досягає значення 0,95 і вище.

При передачі споживачам однієї і тієї ж потужності Р_н = U_н·І струм, що протікає по лінії, буде тим менший, чим вища напруга установки. Втрати потужності в лінії пропорційні квадрату величини струму. Отже, підвищення напруги, наприклад, в 10 разів призводить до зниження втрат потужності в лінії передачі в 100 разів. Цим пояснюється використання все більш високих напруг в енергетичних установках.