Напряжение и нагрузка

[Slip]

Подскажите, пожалуйста, почему в реальной электрической сети при подключении мощного потребителя падает напряжение? Наверное, я чего-то не понимаю, но мне всегда казалось, что как раз напряжение в сети поддерживается постоянным...
Заранее спасибо за ответы.

[meduza]

Slip в сообщении #261752 писал(а):

напряжение в сети поддерживается постоянным...

Так было бы в случае идеального источника, у реального есть внутреннее сопротивление. Т. е. $U_{\text{н}}=\dfrac {R_{\text{н}} \mathcal E} {r+R_{\text{н}}}$ зависит от $R_{\text{н}}$.

[Slip]

meduza в сообщении #261754 писал(а):

Slip в сообщении #261752 писал(а):

напряжение в сети поддерживается постоянным...

Так было бы в случае идеального источника, у реального есть внутреннее сопротивление. Т. е. $U_{\text{н}}=\dfrac {R_{\text{н}} \mathcal E} {r+R_{\text{н}}}$ зависит от $R_{\text{н}}$.

Я правильно понимаю, что $U_{\text{н}}$ - это напряжение при нагрузке? А величина нагрузки по сути определяется величиной $R_{\text{н}}$? Тогда получается странно - напряжение как функция нагрузки возрастает...

[Someone]

Увеличение сопротивления нагрузки $R_{\text{н}}$ означает уменьшение тока нагрузки.

[Slip]

Someone в сообщении #261775 писал(а):

Увеличение сопротивления нагрузки $R_{\text{н}}$ означает уменьшение тока нагрузки.

Но напряжение-то растет?

Я переформулирую вопрос, потому что чувствую, что чего-то по сути не понимаю.
Вот есть абсолютно жизненная ситуация - сижу я холодной осенью на даче, и вдруг кто-то включает электрический обогреватель. Сразу же все лампочки начинают гореть тусклее. При этом если померить напряжение, например, в розетке, то оно окажется ниже, чем обычно. Я никогда не вникал, почему это происходит, а недавно задумался. И так ничего хорошего и не придумал. Т.е. есть факт - когда появляется мощная нагрузка, напряжение падает. Я, честно говоря, не очень хорошо понимаю, что значит "мощная нагрузка", и по первому ответу пришел к выводу, что это просто большое сопротивление. Но, видимо, все не так просто...

[Someone]

Slip в сообщении #261779 писал(а):

Но напряжение-то растет?

Конечно. Раз ток нагрузки уменьшается, то напряжение на нагрузке увеличивается.

Slip в сообщении #261779 писал(а):

Вот есть абсолютно жизненная ситуация - сижу я холодной осенью на даче, и вдруг кто-то включает электрический обогреватель. Сразу же все лампочки начинают гореть тусклее. При этом если померить напряжение, например, в розетке, то оно окажется ниже, чем обычно.

Это означает, что кто-то включил в сеть обогреватель с маленьким сопротивлением. Через него пошёл большой ток. А напряжение уменьшилось, потому что $R_{\text{н}}$ уменьшилось.

Slip в сообщении #261760 писал(а):

А величина нагрузки по сути определяется величиной $R_{\text{н}}$?

Да, только зависимость тут обратная: большое сопротивление означает маленькую нагрузку.

[PapaKarlo]

Slip в сообщении #261760 писал(а):

meduza в сообщении #261754 писал(а):

Slip в сообщении #261752 писал(а):

напряжение в сети поддерживается постоянным...

Так было бы в случае идеального источника, у реального есть внутреннее сопротивление. Т. е. $U_{\text{н}}=\dfrac {R_{\text{н}} \mathcal E} {r+R_{\text{н}}}$ зависит от $R_{\text{н}}$.

Я правильно понимаю, что $U_{\text{н}}$ - это напряжение при нагрузке? А величина нагрузки по сути определяется величиной $R_{\text{н}}$? Тогда получается странно - напряжение как функция нагрузки возрастает...

Вы абсолютно правильно понимаете, только не пока не установили связь между потреблением энергии и сопротивлением нагрузки.

Давайте представим себе, что $R\to\infty$. В этом случае величиной $r$ по сравнению с $R$ можно пренебречь, и напряжение на нагрузке оказывается максимально возможным, равным $\mathcal E$. Но вместе с тем это означает, что ток через нагрузку стремится к нулю.

В Вашем примере - включается электрический обогреватель - сопротивление $R$ всей нагрузки, подключенной к сети, уменьшается. При этом и напряжение на нагрузке уменьшается. Теперь представьте себе, что до включения нагревателя к той же розетке была подключена настольная лампа. От подключения нагревателя сопротивление лампы не меняется, но напряжение $U$ на лампе, как мы выяснили, уменьшается. Естественно, яркость лампы уменьшается.

Замечу, что напряжение как функция нагрузки и величина нагрузки - широко употребляемые, но таящие опасность неверной интерпретации выражении. Очень часто, когда говорят об увеличении электрической нагрузки, подразумевают увеличение потребляемого тока или, что эквивалентно, уменьшение сопротивления нагрузки. Если об этом забыть и под увеличением нагрузки подразумевать увеличение сопротивления нагрузки, легко прийти к неверным выводам.

-- Пт ноя 13, 2009 21:54:02 --

Slip в сообщении #261752 писал(а):

напряжение в сети поддерживается постоянным

Постоянным по возможности поддерживается величина $\mathcal E$ (ЭДС). А напряжение на нагрузке - уж как получится. Желательно обеспечить возможно близкое к нулю внутреннее сопротивление $r$ - например, увеличивать поперечное сечение проводов линии электропередачи (местной, не высковольтной) и трансформатора на подстанции.

[Slip]

PapaKarlo, Someone, спасибо, теперь понял.
Тогда задам еще несколько вопросов в продолжение темы:
1) а корректно ли считать, что напряжение определяется только сопротивлением?
2) Правильно ли я понимаю, что если ток переменный, то все приведенные рассуждения остаются в силе, только с заменой тока и напряжения на их действующие значения?
3) А ведь, вообще говоря, нагрузка определяется мощностью потребителя, т.е. количеством энергии, которое нужно ему для работы. Кроме того, я видел, что (возвращаясь к приведенному примеру) на местном трансформаторе на даче указана его максимальная мощность (максимум, что он может выдать, как я понимаю). Так вот вопрос в том, что произойдет, если потребители будут требовать большую мощность, чем трансформатор может отдать?
4) И еще - правда ли, что мощность источника - это $\frac{\mathcal E^2}r$?

[meduza]

Slip в сообщении #261886 писал(а):

а корректно ли считать, что напряжение определяется только сопротивлением?

Нет, еще оно определяется током. И не путайте падение напряжения на нагрузке и ЭДС (неидеального) источника.

Slip в сообщении #261886 писал(а):

Правильно ли я понимаю, что если ток переменный, то все приведенные рассуждения остаются в силе

2) Да. Но при переменном токе еще надо учитывать реактивные сопротивления.

Slip в сообщении #261886 писал(а):

А ведь, вообще говоря, нагрузка определяется мощностью потребителя, т.е. количеством энергии, которое нужно ему для работы.

Да. Каждая нагрузка имеет сопротивление, и чем оно меньше, тем б́ольший ток она потребляет, а следовательно, и б́ольшую мощность. Самая "мощная" нагрузка -- короткое замыкание.

Slip в сообщении #261886 писал(а):

Так вот вопрос в том, что произойдет, если потребители будут требовать большую мощность, чем трансформатор может отдать?

Требуемая мощность в нагрузке не будет обеспечена. Если имеется ввиду реальное электроснабжение, то предохранитель сработает гораздо раньше.

Slip в сообщении #261886 писал(а):

И еще - правда ли, что мощность источника - это $\frac{\mathcal E^2}r$?

4) Да.

[Slip]

meduza в сообщении #261908 писал(а):

Slip в сообщении #261886 писал(а):

а корректно ли считать, что напряжение определяется только сопротивлением?

Нет, еще оно определяется током. И не путайте падение напряжения на нагрузке и ЭДС (неидеального) источника.

Ой, опечатка закралась... я хотел написать не "напряжение", а "нагрузка".

meduza в сообщении #261908 писал(а):

Да. Но при переменном токе еще надо учитывать реактивные сопротивления

А реактивные - это, как я смутно помню, когда мы записываем ток и напряжение как комплексные числа с модулем, равным амплитуде, а аргументом - частоте, полным сопротивлением называем комплексное число, равное отношению напряжения к току, а реактивным - мнимую часть сопротивления?

[meduza]

Slip
См. Бессонов "Теоретические основы электротехники" или любой другой учебник по электротехнике. Не вижу смысла по частям его сюда переписывать.

[Slip]

meduza в сообщении #261914 писал(а):

Slip
См. Бессонов "Теоретические основы электротехники"

За ссылку спасибо, хотя на последний вопрос можно было бы и ответить, все-таки написать да/нет не очень сложно

[meduza]

Ёмкость и индуктивность в цепи переменного тока имеют сопротивление. Если представить его в комплексногй форме $Z=R+jX$, то $X$ -- реактивная составляющая.

[Slip]

meduza в сообщении #261917 писал(а):

Ёмкость и индуктивность в цепи переменного тока имеют сопротивление. Если представить его в комплексногй форме $Z=R+jX$, то $X$ -- реактивная составляющая.

Спасибо) Как я понял из пока что беглого просмотра Бессонова, ситуация с переменным током формально отличается от постоянного только тем, что значения токов, напряжений, ЭДС и сопротивлений становятся комплексными. И еще - правильно я понимаю, что активная мощность - это по сути энергия, которая используется потребителем по назначению, а реактивная - которая, грубо говоря, теряется на поддержание работы сети?

[meduza]

Slip в сообщении #261922 писал(а):

значения токов, напряжений, ЭДС и сопротивлений становятся комплексными

Ничего там комплексным не становится. Комплексный метод лишь позволяет упростить задачу, никому не хочется возится с косинусами и синусами.

-- Сб ноя 14, 2009 16:12:20 --

Slip в сообщении #261922 писал(а):

И еще - правильно я понимаю, что активная мощность - это по сути энергия, которая используется потребителем по назначению, а реактивная - которая, грубо говоря, теряется на поддержание работы сети?

Не правильно. Активная тоже не вся по назначению используется, например лампочка накаливания больше греет, чем светит (хотя хздесь играет роль субъективный фактор -- может кто на лампочке себе есть готовит...). Реактивная уходит в энергию магнитного и электрического поля.

Slip в сообщении #261922 писал(а):

Как я понял из пока что беглого просмотра Бессонова

Лучше бы вы просмотрели его подробней. Например про мощность (полную, активную и реактивную) есть отдельный параграф.