Использованием этих явлений для получения, передачи и преобразования электрической энергии занимается электротехника

Введение

В структуру атомов и молекул входят элементарные частицы, некоторые из которых обладают электрическим зарядом. Электрический заряд – это важнейшее физическое свойство элементарных частиц, определяющее их силовое взаимодействие.

Любая заряженная частица (заряженное тело) всегда обладает своим электромагнитным полем, которое в зависимости от состояния частицы проявляются одной из своих сторон: либо как электрическое, либо как магнитное.

Электрическое поле (электростатическое) – особый вид материи неразрывно связанный с неподвижной заряженной частицей и оказывающий силовое воздействие на другие неподвижные заряды.

Магнитное поле – особый вид материи неразрывно связанный с подвижной заряженной частице и оказывающий силовое воздействие на другие движущиеся заряды.

Если заряженная частица всегда существует вместе со своим электромагнитным полем, то электромагнитное поле может существовать отдельно от заряженных частиц – в виде электромагнитных волн, существование и распространение которых сопровождается непрерывным преобразованием электрического поля в магнитное и наоборот.

Эти свойства электромагнитного поля являются основой связанных между собой электрических и магнитных явлений – взаимодействие электрически заряженных или намагниченных тел, электрического тока, электромагнитной индукции и т.д.

Использованием этих явлений для получения, передачи и преобразования электрической энергии занимается электротехника.

Раздел 1. Электрические цепи постоянного тока

Электрическое поле. Напряженность электрического поля.

Рисунок 1.1 – Напряженность электрического поля одиночного заряда Внесем в точку M электрического поля заряда Q, пробный положительный заряд q… 1.1

Закон Кулона

Рисунок 1.3 – Взаимодействие двух зарядов Сила взаимодействия двух точечных зарядов расположенных в диэлектрической… где: 1.3

Потенциал электрического поля.

Электрическое напряжение.

Рисунок 1.6 – Потенциал электрического поля одного заряда

Потенциал точки электрического поля – это физическая величина, численно равная работе по перемещению единичного заряда из данной точки поля в бесконечность.

Потенциал бесконечно удалённой от заряда точки равен нулю, но нулевой потенциал можно приписать любой точке (как точке отсчёта) в технике за нулевой потенциал принимают потенциал поверхности земли.

Знак потенциала точки определяется знаком заряда поля, вокруг которого этот потенциал определяется.

Если рассматривается поле двух или нескольких точечных зарядов, то потенциал в каждой точке определяется как алгебраическая сумма потенциалов полей каждого из зарядов в отдельности.

Если пробный заряд перемещается из одной точки поля в другую точку поля (из M в N), то совершённая при этом работа определяется

- разность потенциалов двух точек электрического поля называют электрическим напряжением между этими точками – это физическая величина, численно равная работе по перемещению единичного заряда из одной точки поля в другую.

Различие между напряжённостью и напряжением

Е(В/м) напряжённость	U(м) напряжение
Силовая характеристика	Энергетическая характеристика
Векторная величина	Скалярная величина
Относится к одной, каждой точке поля	Относится к двум точкам поля

Связь между E и U устанавливают только для однородного поля

 

Графическое изображение поля

Поверхность, проведённая в пространстве так, что все её точки имеют одинаковый потенциал, называется эквипотенциальной.  

Электропроводность веществ: проводники, диэлектрики, полупроводники

При отсутствии внешнего электрического поля свободные заряды совершают хаотическое тепловое движение, попадая в электрическое поле они приобретают… Упорядоченное направленное движение зарядов под действием сил внешнего… Способность веществ, проводить электрический ток называется электропроводностью.

Постоянный электрический ток.

Постояннымназывается ток, длительное время не изменяющийся по направлению и величине.

Чтобы протекал электрический ток, необходимо создать электрическую цепь.

Электрическая цепь, её элементы

1) Источник питания (источник ЭДС) – в нём происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую. 2) Потребитель (приёмник энергии) – в нём происходит обратное преобразование… 3) Устройства связи между источником и приёмником (соединительные провода или ЛЭП).

Неразветвлённая цепь с несколькими источниками ЭДС. Режимы работы источников ЭДС.

Режимы работы источников ЭДС.

Такое включение источников, когда они вырабатывают токи одинакового направления, называется последовательным согласным. При этом оба источника…

Цепь с переменным сопротивлением потребителя.

Режимы работы цепи.

Рассмотрим режимы работы цепи при U=const, R1=const, 0≤R2≤∞ (под R2 понимаем сопротивление потребителя).

R1=0. Режим цепи при котором R2=0 называется режимом короткого замыкания

R2=∞. Режим цепи, при котором R2=∞ (цепь разомкнута) называется режимом холостого хода

То обстоятельство, что всё напряжение обнаруживается в месте разрыва цепи позволяет обнаружить это место с помощью вольтметра – произвести позвонку вольтметром. Убедитесь в том, что напряжение подаётся на входные зажимы цепи, оставить один щуп вольтметра на одной входной клемме, а второй щуп последовательно перемещать по проводникам и элементам цепи до тех пор пока вольтметр покажет напряжение, последний элемент неисправен.

R2=R1 – режим согласованной нагрузки

Не смотря на то, что в режиме согласованной нагрузки КПД цепи всего лишь 50%,… Построим графики изменения напряжений и мощностей от тока.

Расчёт цепей постоянного тока

1. Узлы – это места соединения трёх и более элементов. 2. Ветви – это участок цепи между двумя узлами, по всем элементам которого… Виды соединения резисторов:

Преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду и наоборот

1) Преобразование треугольника сопротивлений в звезду.

 

 

1) Преобразование соединения «звезда» в треугольник.

 

 

 

 

Законы Кирхгофа для расчёта сложных цепей

а) Сумма токов, направленных к узлу, равна сумме токов, направленных от узла б) Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю

Метод узловых и контурных уравнений

Сначала составим узловые уравнения на одно меньше числа узлов, затем контурные.  

Метод контурных токов

Этот метод универсальный, но в отличии от предыдущего требует составления меньшего числа уравнений, следовательно проще в расчёте. Основан на втором…  

Метод узлового напряжения.

Вывод формул.

Метод наложения.

Метод основан на принципе независимости действия источников ЭДС: каждый ЭДС независимо от других вырабатывает свой ток в каждой ветви цепи –… В результате в каждой ветви протекает ток, равный алгебраической сумме…  

Понятие о нелинейных цепях и их графическом расчёте

В цепях постоянного тока находят широкое применение так называемые нелинейные элементы – элементы, сопротивление которых величина не постоянная, а… Если в цепи есть хотя бы один такой элемент, цепь считается нелинейной и её… Все нелинейные элементы условно делятся на группы:

Электрическая ёмкость

Тела, различные по форме и размерам обладают разной способностью накапливать и удерживать электрический заряд. Способность тела или системы тел накапливать и удерживать электрический заряд,…

Параллельное.

 

Магнитное поле

 

Если по проводу течет ток, то вокруг него всегда есть магнитное поле. Электрический ток и его магнитное поле – две стороны одного физического процесса, неразрывно связанные друг с другом, поэтому все величины, определяющие магнитное поле, всегда выражают через ток.

 

Напряженность магнитного поля

Величина определяется по формулам закона Био-Савара:

Магнитное поле в веществе.

Индукция магнитного поля

Все вещества в природе способны намагничиваться, но по характеру и степени намагничивания различны и делятся на три группы: 1) Диамагнетики; 2) Парамагнетики;

Техническая кривая намагничивания

Техническая кривая намагничивания – это график зависимости индукции магнитного поля внутри ферромагнитного сердечника от напряженности магнитного поля.

 

- максимальная индукция, индукция насыщения.

1) 0 ≤ H ≤ H1 (I1)

H1↑, µa ≈ const => B↑ незначительно

2) H1 ≤ H ≤ H2 H↑, µa↑ = B↑↑

3) H > H2 B≈ const

0

 

 

По технической кривой выбирают рабочую точку (В) электромагнитного устройства.

1, 1 – рабочая точка трансформатора – сравнительно прямолинейный и далёкий от насыщения;

2– рабочая точка магнитного усилителя;

За 3 – рабочая точка феррорезонансного стабилизатора напряжения.

 

Циклическое перемагничивание. Петля гистерезиса

График, описывающий процесс циклического перемагничивания, называется петлей гистерезиса.  

Электромагнитная сила. Закон Ампера.

Ампер обнаружил, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, названная электромагнитной. Направление этой силы определяется с помощью левой руки, а величина с помощью закона Ампера.

Электромагнитная сила возникает только тогда, когда проводник с током и линии индукции пересекаются и между ними угол не равный нулю.

Закон Ампера тоже дифференциальный, относится к бесконечно малым длинам проводников.

Элемент проводника длиной dl, по которому течет ток силой I, расположенный в магнитном поле с индукцией B, под углом α к линиям индукции действует сила dF, величина которой прямо пропорциональна произведению индукции B на силу тока I и на длину проводника dl и на синус угла между ними sin α.