Электрическая энергия и электрическая мощность
Электрическая энергия
 Рис. 1.13 |
Изобразим схему простейшей электрической цепи, состоящей из источника ЭДС с внутренним сопротивлением 
и приемника с сопротивлением 
(рис. 1.13).
Из закона Ома (1.9)
.
Учитывая, что 
, запишем
. (1.13)
Умножим левую и правую части уравнения на 
, (1.14)
где 
– работа (энергия) источника.
Так как 
, то 
(1.15)
где 
– энергия, передаваемая потребителю; 
– энергия, расходуемая на потери во внутреннем сопротивлении источника.
Следует отметить, что работа и энергия – понятия равноценные. Энергия – способность источника совершать работу. Чтобы измерить энергию источника, надо измерить работу, которую он совершает, расходуя эту энергию.
Размерность энергии 
В·А·с = Дж.
На практике за единицу энергии принимают 1 кВт·ч = 3600000 Дж.
Электрическая мощность
Электрическая мощность 
– это физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии
(1.16)
Размерность мощности – ватт (вт). 1 вт – мощность, при которой за одну секунду совершается работа в один джоуль.
Мощность, отдаваемая (полезная) источником энергии потребителю (приемнику)
(1.17)
Потери мощности во внутреннем сопротивлении
. (1.18)
При работе источника на нагрузку в виде сопротивления преобразование электрической энергии в электрическую мощность выражают с помощью закона Джоуля-Ленца. Мощность, выделяемая (или потребляемая) в сопротивлении R:
.
КПД источника энергии
Отношение мощности приемника (полезной мощности) 
к мощности источника энергии называется его коэффициентом полезного действия (КПД):
(1.19)
Из последней формулы видно, что чем меньше внутреннее сопротивление 
, тем выше КПД источника. Определим, при каком условии источник энергии развивает полезную максимальную мощность. Преобразуем формулу (1.17), учитывая (1.9)
. (1.20)
Исследуем уравнение (1.20) на максимум
(1.21)
отсюда 
.
Тогда формула (1.20) приобретает вид
. (1.22)
Таким образом, источник ЭДС развивает максимальную полезную мощность, когда внешнее сопротивление равно внутреннему сопротивлению источника.
Однако такой режим является невыгодным, так как в этом случае 50 % энергии теряется во внутреннем сопротивлении источника
(1.23)
Режим цепи, при котором внешнее сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению источника энергии, называется режимом согласованной нагрузки. Такой режим используется в телемеханике, электросвязи и автоматике, где передаются малые мощности. Мощные источники, как правило, работают на приемник сопротивлением = (10...20) 
, обеспечивая максимальный КПД (более 95 %).