Кіріспе
Электр техникасындағы теорема. Электр техникасында максималды қуат беру теоремасы бойынша, ішкі кедергісі бар қуат көзінен максималды сыртқы қуат алу үшін жүктеменің кедергісі, қуат көзінің шығыс терминалдарынан қарағандағы кедергісіне тең болуы керек. Мориц фон Якоби шамамен 1840 жылы максималды қуат (беру) теоремасын жариялаған; ол сондай-ақ "Якоби заңы" деп те аталады. Теорема қуат көзінен жүктемеге максималды қуат беруді қамтамасыз етеді, бірақ тұтынылған жалпы қуаттың ішіндегі пайдалы қуаттың максималды тиімділігімен байланысты емес. Егер жүктеме кедергісі қуат көзінің кедергісінен үлкен болса, тиімділік артады (өйткені қуат көзінің үлкен бөлігі жүктемеге беріледі), бірақ жүктеме қуатының шамасы азаяды (өйткені жалпы тізбек кедергісі артады). Егер жүктеме кедергісі қуат көзінің кедергісінен кіші болса, тиімділік төмендейді (өйткені қуаттың көп бөлігі қуат көзінде таралады). Жалпы қуаттың таралуы артуы мүмкін (жалпы кедергі төмендегендіктен), бірақ жүктемеде таралатын қуат азаяды. Теорема қуат беруді барынша арттыру үшін жүктеме кедергісін қуат көзінің кедергісі белгілі болған жағдайда қалай таңдау керектігін көрсетеді. Теореманы кері жағдайға қолдану – жиі кездесетін жаңылыс. Ол белгілі жүктеме кедергісі үшін қуат көзінің кедергісін қалай таңдау керектігін көрсетпейді. Шындығында, кернеу көзінен қуат беруді барынша арттыратын қуат көзінің кедергісі әрқашан нөлге (гипотетикалық идеалды кернеу көзіне) тең болады, жүктеме кедергісінің мәніне қарамастан. Теореманы реактивтілік компоненттерін қамтитын айнымалы ток тізбектеріне де қолдануға болады, сонда максималды қуат беру жүктеме кедергісі қуат көзі кедергісінің кешенді конъюгатына тең болғанда жүзеге асады. Теореманың математикалық түсіндірмесі басқа физикалық құбылыстарға да қолданылады, мысалы: екі дененің механикалық соқтығысуы, екі конденсатордың зарядты бөлісуі, екі цилиндр арасындағы сұйықтықтың ағысы, екі ортаның шекарасындағы жарықтың таралуы мен шағылысуы.
In electrical engineering, the maximum power transfer theorem states that, to obtain maximum external power from a power source with internal resistance, the resistance of the load must equal the resistance of the source as viewed from its output terminals. Moritz von Jacobi published the maximum power (transfer) theorem around 1840; it is also referred to as "Jacobi's law". The theorem results in maximum power transfer from the power source to the load, and not maximum efficiency of useful power out of total power consumed. If the load resistance is made larger than the source resistance, then efficiency increases (since a higher percentage of the source power is transferred to the load), but the magnitude of the load power decreases (since the total circuit resistance increases). If the load resistance is made smaller than the source resistance, then efficiency decreases (since most of the power ends up being dissipated in the source). Although the total power dissipated increases (due to a lower total resistance), the amount dissipated in the load decreases. The theorem states how to choose (so as to maximize power transfer) the load resistance, once the source resistance is given. It is a common misconception to apply the theorem in the opposite scenario. It does not say how to choose the source resistance for a given load resistance. In fact, the source resistance that maximizes power transfer from a voltage source is always zero (the hypothetical ideal voltage source), regardless of the value of the load resistance. The theorem can be extended to alternating current circuits that include reactance, and states that maximum power transfer occurs when the load impedance is equal to the complex conjugate of the source impedance. The mathematics of the theorem also applies to other physical interactions, such as:
mechanical collisions between two objects,
the sharing of charge between two capacitors,
liquid flow between two cylinders,
the transmission and reflection of light at the boundary between two media.
Импедансты сәйкестендіру
Бұған ұқсас ұғым – шағылыссыз кедергіге сәйкестендіру. Радиожиіліктік беру желілерінде және басқа электроникада, беру желісінде шағылыстарды болдырмау үшін көзінің кедергісін (бергіште) жүктеме кедергісіне (мысалы, антеннаға) сәйкестендіру жиі қажет болады.
Реактивті схемалар
Қуат беру теоремасы көз және/немесе жүктеме таза резистивті болмаған жағдайда да қолданылады. Максималды қуат теоремасының нақтылануы бойынша, көз бен жүктеменің кез келген реактивті компоненттері бірдей шамада, бірақ қарама-қарсы таңбада болуы керек. (Түсіндіру үшін төмендегі мәліметтерді қараңыз.) Яғни, көз бен жүктеме кедергілері бір-бірінің күрделі конъюгаттары болуы тиіс. Егер тізбек толығымен резистивті болса, екі түсінік те бірдей болады. Іс жүзінде қолданылатын көздер мен жүктемелер әдетте таза резистивті емес, олардың индуктивті немесе сыйымдылық компоненттері болады. Сондықтан, бұл теорема күрделі конъюгациялық кедергілерді сәйкестендіру арқылы практикалық қолданысқа ие. Егер көз толығымен индуктивті (сыйымдылықты) болса, онда толығымен сыйымдылықты (индуктивті) жүктеме, резистивтік жоғалтулар болмаған жағдайда, көзден энергияның 100% алады, бірақ оны төрттен бір циклден кейін қайтарады. Нәтижесінде пайда болған тізбек – энергияны үздіксіз тербеліс күйінде сақтайтын резонанстық LC тізбегі. Бұл тербеліс реактивті қуат деп аталады. Қуат коэффициентін түзету (индуктивті реактивтілікті сыйымдылықпен теңестіру үшін қолданылады) күрделі конъюгациялық кедергілерді сәйкестендірумен ұқсас идея, бірақ ол мүлдем басқа мақсатта жасалады. Белгілі бір реактивті көз үшін максималды қуат теоремасы жүктемеге берілетін нақты қуатты (P) жүктемені көзбен күрделі конъюгациялық сәйкестендіру арқылы максималды деңгейге көтереді. Белгілі бір реактивті жүктеме үшін қуат коэффициентін түзету, нақты қуаттың бірдей мөлшерін сақтай отырып, беру желілері арқылы өтетін көрінетін қуатты (S) (және қажетсіз токты) азайтады. Бұл жүктемеге реактивті кедергі қосу арқылы жүзеге асырылады, ол жүктеменің өзіндік реактивті кедергісін теңестіріп, реактивті жүктеме кедергісін резистивті жүктеме кедергісіне айналдырады.