Echilibrul puterii într-un circuit electric
Conform Legea Joule-Lenz lucru efectuat de un curent continuu într-o rezistență,
Dacă în ramura considerată este inclus un alt convertor de energie electromagnetică în energie mecanică sau chimică sau altă formă (motor electric, baterie de încărcare etc.), în locul unui rezistor, munca efectuată de curent în timpul t poate fi calculată în în cazul în care dacă se cunoaşte tensiunea convertizorului.
În acest caz, formula Joule-Lenz ia o formă diferită:
La curent continuu, puterea furnizată secțiunii circuitului cu rezistență r este dată de expresia:
unde I, U și r păstrează același sens ca în formula Joule-Lenz.
Puterea consumată în întregul circuit extern și puterea furnizată de generator sunt aceleași. Puterea dezvoltată de generator este întotdeauna mai mare decât cea pe care generatorul o dă circuitului extern, deoarece o parte din putere este cheltuită pentru a acoperi pierderile din interiorul generatorului însuși.
O expresie a echilibrului de putere pentru o singură buclă închisă care conține un generator cu fem E și rezistență internă ri și un rezistor cu rezistența r poate fi obținută din ecuația lui Kirchhoff.
Pentru acest circuit
Dacă ambele părți ale acestei ecuații sunt înmulțite cu curentul din circuit, atunci ecuația rezultată va reprezenta echilibrul de putere în acel circuit.
Puterea dezvoltată de generator este egală cu suma puterii pierdute în interiorul generatorului și dată circuitului extern. P0 = EI este puterea dezvoltată de generator, Pe = UI = I2r este puterea pe care generatorul o dă circuitului extern, iar Pi — I2ri este puterea pierdută în interiorul generatorului însuși.
Atunci când alegeți aceleași direcții pozitive ale curentului prin borna cu două capete I și tensiunea bornei cu două capete U, puterea consumată de cele două terminale, adică interfața cu utilizatorul a produsului, trebuie să fie pozitivă. Dacă în același timp se dovedește că interfața de utilizator a produsului este negativă, aceasta va însemna că dispozitivul cu două terminale nu consumă energie electromagnetică, ci dimpotrivă, este un generator de energie electromagnetică și oferă această energie pentru circuit electric.
Dacă într-un circuit electric un număr de dispozitive cu două terminale emit energie electromagnetică către circuit, celelalte absorb această energie. Într-un circuit de curent continuu, nu poate apărea nicio acumulare de energie electromagnetică. Prin urmare, suma puterii consumate în rețelele pasive cu două terminale și a puterii pierdute în interiorul generatoarelor trebuie să fie egală cu suma algebrică a puterilor dezvoltate de toate generatoarele, i.e. suma produselor EkIk ale tuturor generatoarelor care lucrează într-un circuit:
unde n — numărul de ramuri din lanț.
Ecuația de echilibru obținută pentru un circuit simplu care conține un generator poate fi rescrisă exprimând puterea consumată în circuitul extern ca putere exprimată de generator și puterea pierdută în interiorul generatorului:
