Cân bằng công suất trong mạch điện

Dựa theo Định luật Joule-Lenz công do dòng điện một chiều thực hiện trong điện trở,

Nếu một bộ chuyển đổi năng lượng điện từ khác thành cơ học hoặc hóa học hoặc dạng năng lượng khác (động cơ điện, pin sạc, v.v.) được bao gồm trong nhánh được xem xét thay vì điện trở, công việc được thực hiện bởi dòng điện trong thời gian t có thể được tính bằng trường hợp nếu biết điện áp bộ chuyển đổi.

Trong trường hợp này, công thức Joule-Lenz có dạng khác:

Ở dòng điện một chiều, công suất cung cấp cho đoạn mạch có điện trở r được cho bởi biểu thức:

trong đó I, U và r giữ nguyên nghĩa như trong công thức Joule-Lenz.

Công suất tiêu thụ ở toàn mạch ngoài và công suất do máy phát cung cấp là như nhau. Công suất do máy phát tạo ra luôn lớn hơn công suất mà máy phát cung cấp cho mạch bên ngoài, vì một phần công suất được dùng để bù tổn thất bên trong chính máy phát.

Biểu thức cân bằng công suất cho một vòng kín duy nhất chứa máy phát có emf E và điện trở trong ri và điện trở r có thể thu được từ phương trình Kirchhoff.

Đối với mạch này

Nếu nhân cả hai vế của phương trình này với cường độ dòng điện trong mạch thì phương trình thu được sẽ biểu thị sự cân bằng công suất trong mạch đó

Công suất do máy phát tạo ra bằng tổng công suất bị mất bên trong máy phát và đưa ra mạch ngoài. P0 = EI là công suất do máy phát tạo ra, Pe = UI = I2r là công suất mà máy phát cung cấp cho mạch ngoài và Pi — I2ri là công suất bị mất bên trong chính máy phát.

Khi chọn cùng chiều dương của dòng điện qua đầu nối hai đầu I và điện áp của đầu nối hai đầu U, công suất tiêu thụ của hai đầu cuối, tức là giao diện người dùng của sản phẩm, phải dương. Nếu đồng thời, giao diện người dùng của sản phẩm là âm, điều này có nghĩa là thiết bị có hai đầu cuối không tiêu thụ năng lượng điện từ, mà ngược lại, nó là bộ tạo năng lượng điện từ và cung cấp năng lượng này cho mạch điện.

Nếu trong một mạch điện, một số thiết bị có hai cực phát ra năng lượng điện từ cho mạch thì các thiết bị khác sẽ hấp thụ năng lượng này. Trong mạch điện một chiều không thể xảy ra sự tích tụ năng lượng điện từ. Do đó, tổng công suất tiêu thụ trong mạng hai đầu cuối thụ động và công suất bị mất bên trong máy phát điện phải bằng tổng đại số của công suất phát triển bởi tất cả các máy phát điện, tức là tổng các sản phẩm EkIk của tất cả các máy phát điện hoạt động trong một mạch:

trong đó n - số nhánh trong chuỗi.

Phương trình cân bằng thu được cho một mạch đơn giản chứa một máy phát có thể được viết lại bằng cách biểu thị công suất tiêu thụ ở mạch ngoài thành công suất do máy phát biểu thị và công suất bị mất bên trong máy phát: