Номер 2, страница 50 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. Что показывает коэффициент мощности?

Коэффициент мощности — это физическая величина, которая характеризует, насколько эффективно электрическая энергия, поступающая от источника, преобразуется в полезную работу в цепях переменного тока. Он показывает, какая доля от полной мощности, потребляемой нагрузкой, является активной (полезной) мощностью.

В цепях переменного тока различают три вида мощности:

1. Активная мощность ($\text{P}$) — это мощность, которая необратимо преобразуется в другие виды энергии (тепловую, световую, механическую) и совершает полезную работу. Измеряется в ваттах (Вт). Она определяется по формуле: $P = U \cdot I \cdot \cos(\phi)$, где $\text{U}$ — напряжение, $\text{I}$ — сила тока, а $\phi$ — угол сдвига фаз между напряжением и током.

2. Реактивная мощность ($\text{Q}$) — это мощность, которая не совершает полезной работы, а расходуется на создание и поддержание электромагнитных полей в реактивных элементах цепи (катушках индуктивности, конденсаторах). Эта энергия периодически "перекачивается" между источником и нагрузкой. Измеряется в вольт-амперах реактивных (вар). Она определяется по формуле: $Q = U \cdot I \cdot \sin(\phi)$.

3. Полная мощность ($\text{S}$) — это геометрическая сумма активной и реактивной мощностей, представляющая собой полную нагрузку на источник питания и элементы сети. Измеряется в вольт-амперах (ВА). Она определяется по формуле: $S = U \cdot I$. Связь между мощностями описывается формулой: $S^2 = P^2 + Q^2$.

Коэффициент мощности, обозначаемый как $\cos(\phi)$, является отношением активной мощности к полной мощности:

$\cos(\phi) = \frac{P}{S}$

Значение коэффициента мощности может находиться в диапазоне от 0 до 1:

• Если $\cos(\phi) = 1$, это означает, что вся потребляемая мощность является активной ($P = S$), а реактивная мощность отсутствует ($Q = 0$). Такая ситуация возникает в цепях с чисто активной нагрузкой (например, нагревательные приборы, лампы накаливания). Это наиболее эффективный режим работы.
• Если $\cos(\phi) < 1$, это указывает на наличие в цепи реактивной составляющей (индуктивной или емкостной). Часть энергии не совершает полезной работы, а циркулирует в сети, создавая дополнительную нагрузку на провода и генераторы. Чем ниже коэффициент мощности, тем больше реактивная составляющая и тем менее эффективно используется электроэнергия.
• Если $\cos(\phi) = 0$, вся мощность в цепи является реактивной ($P = 0$), и полезная работа не совершается. Это соответствует идеальной катушке индуктивности или конденсатору.

Низкий коэффициент мощности (например, на промышленных предприятиях с большим количеством электродвигателей) приводит к увеличению тока в сети при той же полезной мощности. Это вызывает дополнительные потери энергии на нагрев проводов и требует использования более мощного и дорогого оборудования (трансформаторов, кабелей). Поэтому стремятся повышать коэффициент мощности до значений, близких к единице, с помощью компенсирующих устройств (например, конденсаторных установок).

Ответ: Коэффициент мощности показывает, какая доля полной электрической мощности, потребляемой устройством или цепью переменного тока, преобразуется в полезную (активную) мощность. Он является мерой эффективности использования электроэнергии: чем ближе его значение к единице, тем эффективнее используется энергия и тем меньше потери в электрической сети.