Доклад по теме напряжение

Содержание
  1. Электрическое напряжение. Определение, объяснение простыми словами, единица измерения, формула
  2. Объяснение простыми словами
  3. Формула
  4. Единица измерения электрического напряжения
  5. Электрическое напряжение в цепи
  6. Электрические напряжения при последовательном и параллельном соединении
  7. Измерение электрического напряжения
  8. Примеры типовых значений электрического напряжения
  9. Сообщение на тему: Напряжение электрического поля
  10. Онлайн-конференция
  11. «Современная профориентация педагогов и родителей, перспективы рынка труда и особенности личности подростка»
  12. Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
  13. Реферат на тему: Электрический ток
  14. Введение
  15. Основные значения электрического тока
  16. Закон Ома
  17. Закон о лицензировании джоулей
  18. Закон электромагнитной индукции
  19. Электрические цепи и их компоненты
  20. Последовательное соединение элементов цепи
  21. Переменный ток
  22. Действительные значения тока и напряжения
  23. Индукционная катушка и конденсатор для переменного тока
  24. Трехфазный переменный ток
  25. Заключение
  26. Список литературы

Электрическое напряжение. Определение, объяснение простыми словами, единица измерения, формула

Одним из самых фундаментальных терминов в электротехнике является термин «электрическое напряжение». В этой статье мы объясним, что это такое и как его рассчитать.

Объяснение простыми словами

Электрическое напряжение U является той самой причиной, которая «заставляет» протекать электрический ток I. Электрическое напряжение всегда возникает, когда заряды разделены друг от друга, то есть все отрицательные заряды на одной стороне, а все положительные — на другой. Если соединить эти две стороны электропроводящим материалом, потечет электрический ток.

Общепринятое определение термина «электрическое напряжение».

Электрическое напряжение (или просто напряжение) — это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле. Это движущая сила для электрического заряда.

Потенциал в электрическом поле — это энергия заряженного тела, не зависящая от его электрического заряда. Для пояснения вы можете посмотреть на сравнение с водяным контуром чуть ниже в статье.

Есть другое определение (из учебника по физике 8 класса):

Напряжение — это физическая велuчuна, характеризующая электрическое поле. Электрическое напряжение между двумя точками электрического поля численно равно работе, совершенной при переносе между ними заряда 1 Кл силами электрического поля.

Сравнение с использованием модели протекания воды.

Хорошей аналогией, которая поможет вам представить себе электрическое напряжение и потенциал, является водяной контур. В этой схеме у вас есть два бассейна на разной высоте, которые соединены трубой. В этой трубе вода может перетекать из верхнего бассейна в нижний. Затем вода перекачивается обратно в верхний бассейн с помощью насоса, как показано на рисунке ниже.

Электрическое напряжение — сравнение с использованием модели протекания воды

В своих размышлениях вы теперь легко можете сравнить насос с источником электрического напряжения. Кроме того, поток воды можно сравнить с электрическим током. Насос транспортирует воду из нижнего бассейна в верхний. Оттуда она самостоятельно течет обратно в нижний бассейн. В данном примере насос является приводом для потока. Чем больше разница в высоте, тем сильнее поток. Решающим фактором является потенциальная энергия верхнего бассейна. Вы можете сравнить разность энергий двух бассейнов с разностью электрических потенциалов. Проще говоря, большая разница в высоте соответствует большему электрическому напряжению.

Формула

Формула для электрического напряжения U, согласно закона Ома для участка цепи, имеет вид

Как видно из этой формулы, если электрическое напряжение остается неизменным, то чем больше электрическое сопротивление (R), тем меньше сила тока (I).

Другая формула для расчета электрического напряжения такова:

То есть электрическое напряжение U равно мощности деленной на силу тока I.

Единица измерения электрического напряжения

Единицей измерения электрического напряжения в СИ является Вольт, сокращенно В (в честь итальянского учёного А. Вольта).

1 вольт (1 В) — это напряжение между двумя точками электрического поля, при переносе между которыми заряда 1 Кл совершается работа 1 Дж.

Теперь вы можете объяснить смысл надписи 4,5 В или 9 В на круглой или плоской батарейке. Смысл в том, что при переносе с одного полюса источника на другой (через спираль лампочки или другой проводник) заряда 1 Кл силами электрического поля может быть совершена работа соответственно 4,5 Дж или 9 Дж.

В электротехнике напряжение может варьироваться от микровольт (1 мкВ = 1 * 10 -6 В) и миливольт (1 мВ = 10 -3 В), до киловольт (1 кВ = 1 * 10 3 В) и мегавольт (1 МВ = 10 6 В)

Вы можете преобразовать отдельные единицы измерения следующим образом:

1 В = 1000 мВ, 1 мВ = 1000 мкВ, 1 МВ = 1000 кВ, 1 кВ = 1000 В.

Электрическое напряжение в цепи

Для источников напряжения в схемах обычно используется один из следующих символов.

Источники напряжения и электрическая цепь

Источник напряжения всегда имеет два соединения/полюса. Полюс «плюс» и полюс «минус». Само напряжение обозначено стрелкой напряжения (UQ). Для источников оно всегда отображается от плюса к минусу.

Электрическое напряжение, падающее на резисторе, также можно обозначить стрелкой напряжения (на схеме обозначена как красная стрелка UR ). Это указывает на техническое направление электрического тока.

Также часто можно услышать термин «напряжение холостого хода» или «напряжение источника». Это выходное напряжение ненагруженного источника, т.е. источника, к которому ничего не подключено. Если цепь замкнута с нагрузкой, то можно измерить только напряжение на полюсах источника.

Электрические напряжения при последовательном и параллельном соединении

У нас уже есть статья о последовательном и параллельном соединении проводников, в котором мы обсуждаем эту тему более подробно. Поэтому здесь мы рассмотрим лишь некоторые основы.

При последовательном соединении компоненты подключаются в ряд.

Электрическое напряжение при последовательном соединении

Здесь электрическое напряжение источника делится на резисторы. Этот момент также описывается вторым правилом Кирхгофа. Здесь применимо следующее:

то есть напряжение источника равно сумме электрических напряжений на отдельных резисторах. Напряжение источника по-разному распределяется по разным резисторам.

В электрической цепи с параллельным соединением компоненты расположены, соответственно, параллельно друг относительно друга. Это можно увидеть на следующей схеме.

Электрическое напряжение в параллельной цепи

Здесь гораздо проще определить электрические напряжения на резисторах, так как при параллельном соединении:

Поэтому электрическое напряжение на резисторах такое же высокое, как и электрическое напряжение источника.

Измерение электрического напряжения

Приборы для измерения напряжения, также называемые вольтметрами, всегда подключаются параллельно потребителю, на котором необходимо измерить электрическое напряжение.

Одним из наиболее часто используемых вольтметров является цифровой мультиметр (DMM), поэтому мы покажем вам процедуру измерения напряжения с помощью DMM. Сначала необходимо установить тип электрического напряжения (DC — постоянный ток или AC — переменный ток).

Для постоянного тока необходимо обратить внимание на правильную полярность, т.е. подключить плюс к положительному полюсу. На следующем этапе необходимо выбрать правильный диапазон измерения. Если вы не можете оценить, насколько велика измеряемая величина, установите наибольший возможный диапазон и двигайтесь от него вниз, пока не найдете нужный. Наконец, вам нужно только «считать» электрическое напряжение прибором.

Примеры типовых значений электрического напряжения

Для некоторых применений соответствующее электрическое напряжение можно найти в таблице ниже.

Светодиод 1,2 — 1,5 В
Зарядное устройство USB 5 В
Напряжение автомобильного аккумулятора 12, 4 — 12,8 В
Напряжение в розетке (среднеквадратичное или действующее значение) 230 В
Высоковольтные линии электропередач (ЛЭП) 60 кВ — 1 МВ

Вы можете видеть, что на высоковольтных линиях присутствует напряжение до мегавольт. Такие большие электрические напряжения используются для того, чтобы уменьшить потери в длинных линиях.

Решающим фактором для потребителя является мощность P, которую можно рассчитать для постоянного напряжения с помощью формулы:

Это означает, что электрический ток I так же важен для потребителя, как и электрическое напряжение. Согласно закону Ома, зависимость между током и напряжением имеет вид:

Если напряжение остается неизменным, сопротивление определяет величину тока. Чтобы проиллюстрировать это, представьте следующее. У вас есть три разных бассейна, которые заполнены одинаковым количеством воды. Каждый бассейн имеет слив, который различается по сечению, т.е. в одном бассейне сливная труба очень маленькая, а в другом — очень большая.

Постоянное электрическое напряжение можно определить по тому, что все емкости заполнены на одинаковую высоту. Если слив узкий в нижней части, он представляет собой большое сопротивление. Ток здесь может течь только медленно. Если сечение сливной трубы больше, то сопротивление меньше и, соответственно, может протекать больший ток.

Источник

Сообщение на тему: Напряжение электрического поля

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Сообщение на тему: Напряжение электрического поля

В любом электрическом поле положительные заряды перемещаются от точек с более высоким потенциалом к точкам с потенциалом более низким. Отрицательные заряды перемещаются, наоборот, от точек с меньшим потенциалом к точкам с большим потенциалом. B обоих случаях работа совершается за счет потенциальной энергии электрического поля .

Если нам известна эта работа, т. е. величина, на которую уменьшилась потенциальная энергия поля при перемещении положительного заряда q из точки 1 поля в точку 2, то легко найти напряжение между этими точками поля U1,2:

где А — работа сил поля при переносе заряда q из точки 1 в точку 2.

Напряжение между двумя точками электрического поля численно равно работе, которую совершает ноле для переноса единицы положительного заряда из одной точки поля в другую .

Как видно, напряжение между двумя точками поля и разность потенциалов между этими же точками представляют собой одну и ту же физическую сущность . Поэтому термины напряжение и разность потенциалов суть одно и то же. Напряжение измеряется в вольтах (В).

Напряжение между двумя точками равно одному вольту, если при переносе одного кулона электричества из одной точки поля в другую силы поля совершают работу, равную одному джоулю: 1 вольт = 1 джоуль / 1 кулон

Читайте также:  Трансформатор напряжения емкостной ндкм 110 ухл1

Напряженность электрического поля

Из закона Кулона следует, что величина силы электрического поля данного заряда, действующей на помещенный в этом поле другой заряд, не во всех точках поля одинакова. Характеризовать электрическое поле в каждой его точке можно величиной силы, с которой оно действует на единичный положительный заряд, помещенный в данной точке.

Зная эту величину, можно определить силу F, действующую на любой заряд Q. Можно написать, что F = Q х Е, где F — сила, действующая со стороны электрического поля на заряд Q, помещенный в данную точку поля, Е — сила, действующая на единичный положительный заряд, помещенный в эту же точку поля. Величина Е, численно равная силе, которую испытывает единичный положительный заряд в данной точке поля, называется напряженностью электрического поля .

Источник

Реферат на тему: Электрический ток

У вас нет времени на реферат или вам не удаётся написать реферат? Напишите мне в whatsapp — согласуем сроки и я вам помогу!

В статье «Как научиться правильно писать реферат», я написала о правилах и советах написания лучших рефератов, прочитайте пожалуйста.

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

  1. Реферат на тему: Сифилис
  2. Реферат на тему: Классификация компьютерных информационных систем
  3. Реферат на тему: Пасха
  4. Реферат на тему: Реформы Петра 1

Введение

Первая информация об электричестве, появившаяся много веков назад, касалась электрических «зарядов», получаемых трением. Еще в древности люди знали, что янтарь, потертый на шерсти, способен притягивать легкие предметы. Но только в конце XVI века английский врач Гилберт детально изучил это явление и обнаружил, что точно такие же свойства обладают и многие другие вещества. Он называл тела, которые способны притягивать легкие предметы после натирания, например, янтарь, наэлектризованный. Слово происходит от греческого электрона, «янтарь». Сейчас мы говорим, что в этом государстве органы имеют электрический заряд, а сами органы называют «заряженными».

При тесном контакте различных веществ всегда возникает электрический заряд. Когда тела твердые, их тесный контакт предотвращается микроскопическими проекциями и неровностями на их поверхности. Сжимая и натирая такие тела, мы сближаем их поверхности, которые без давления соприкасались бы лишь в нескольких точках. В одних организмах электрические заряды могут свободно перемещаться между различными частями, в других это невозможно. В первом случае корпуса называются «проводниками», а во втором — «диэлектриками или изоляторами». Все металлы, водные растворы солей и кислот и т.д. являются проводниками. Примерами изоляторов являются янтарь, кварц, эбонит и все газы при нормальных условиях.

Однако следует отметить, что деление тел на проводники и диэлектрики очень условно. Все материалы в большей или меньшей степени проводят электричество. Электрический заряд может быть положительным и отрицательным. Этот тип тока не будет длиться долго, потому что электрифицированное тело разряжается. Для поддержания электрического тока в проводнике должно поддерживаться электрическое поле. Для этого используются источники электроэнергии. Самый простой случай электрического тока — это когда один конец провода подключен к электрифицированному телу, а другой — к земле.

Электрические цепи, питающие электричество от ламп накаливания и электродвигателей, появились только после изобретения батарей, которое датируется примерно 1800 годом. После этого учение об электричестве развивалось настолько стремительно, что менее чем через столетие оно не только стало частью физики, но и стало основой новой электрической цивилизации.

Основные значения электрического тока

количество электричества и мощности. Эффект электрического тока может быть сильным или слабым. Сила электрического тока зависит от величины заряда, проходящего через электрическую цепь в заданной единице времени. Чем больше электронов переместилось от одного полюса источника к другому, тем больше общий заряд, переносимый электронами. Этот суммарный заряд представляет собой сумму тока, проходящего через проводник.

В частности, химический эффект электрического тока зависит от количества тока, т.е. чем выше заряд, проводимый через раствор электролита, тем больше осаждается вещество на катоде и аноде. В этом контексте количество тока можно рассчитать, взвешивая массу осажденного на электрод вещества и зная массу и заряд иона этого вещества.

Ток — это величина, равная соотношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника в момент его протекания. Единицей измерения заряда является подвеска (Cl), время измеряется в секундах (c). В этом случае единица тока выражается в Кл/с. Это устройство называется ампер (А). Для измерения силы тока электрической цепи используется электрический измерительный прибор, называемый амперметром. Амперметр оснащен двумя клеммами для измерения тока в цепи. Он соединен последовательно с цепью.

Электрическое напряжение. Мы уже знаем, что электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц — электронов. Это движение генерируется электрическим полем, которое выполняет определенную задачу. Это явление называется работой электрического тока. Чтобы через электрическую цепь за 1 секунду переместить больший заряд, электрическое поле должно выполнить большую работу. Из этого следует, что работа электрического тока должна зависеть от силы тока. Но есть и другое значение, от которого зависит работа тока. Это значение называется напряжением.

Напряжение — это отношение рабочего тока в данной части электрической цепи к заряду, протекающему в той же части цепи. Фактическая работа измеряется в джоулях (J), а зарядка в прицепах (Cl). Поэтому единица измерения напряжения будет составлять 1 джоуль (Джоуль). Это устройство называется Вольт (V).

Для генерирования напряжения в электрической цепи необходим блок питания. Когда цепь разомкнута, напряжение присутствует только на клеммах питания. Если этот источник питания включен в цепь, то напряжение генерируется также в отдельных точках цепи. Поэтому ток будет течь и в цепи. Другими словами, коротко говоря, если в цепи нет напряжения, то тока не будет. Для измерения напряжения используется электрический измерительный прибор, так называемый вольтметр. Его внешний вид аналогичен внешнему виду упомянутого выше амперметра, с той лишь разницей, что на шкале вольтметра присутствует буква V (вместо буквы А на амперметре). Вольтметр имеет две клеммы, с которыми он подключен параллельно цепи.

Электрическое сопротивление. После подключения всех типов проводников и амперметра к цепи, вы заметите, что если вы используете разные проводники, то амперметр будет давать разные показания, т.е. в этом случае ток, доступный в цепи, будет разным. Это явление можно объяснить тем, что разные проводники имеют разное электрическое сопротивление, которое является физической величиной. Она была названа Ом в честь немецкого физика. В физике обычно используются более крупные единицы: Кило, Мега и так далее. Сопротивление проводника обычно обозначается буквой R, длина проводника — L, площадь поперечного сечения — S: R = p * L/S, где коэффициент p называется удельным сопротивлением. Этот коэффициент выражает сопротивление проводника длиной 1 м на площади поперечного сечения, что соответствует 1 м2. Удельное сопротивление выражается в ом х м. Поскольку проводники, как правило, имеют довольно маленькое поперечное сечение, они обычно выражаются в квадратных миллиметрах. В этом случае единицей сопротивления является Ом х мм2/м.

По данным, ясно, что наименьшее электрическое сопротивление имеет медь, наибольшее — металлический сплав. Кроме того, диэлектрики (изоляторы) имеют высокое сопротивление.

Электрическая мощность. Мы уже знаем, что два изолированных друг от друга проводника могут накапливать электрический заряд. Это явление характеризуется физической величиной, называемой электрической емкостью. Электрическая емкость двух проводников не более чем отношение заряда одного проводника к разности потенциалов между этим проводником и соседним проводником. Чем меньше напряжение на проводниках при зарядке, тем больше их ёмкость. Предполагается, что единицей электрической мощности является Фарад (F). На практике используются части этого устройства: микропарад (мкФ) и пикофарад (пФ).

Если взять два изолированных друг от друга проводника, проложить их на небольшом расстоянии друг от друга, то получится конденсатор. Емкость конденсатора зависит от толщины его пластин, а также от толщины диэлектрика и его проницаемости. Уменьшение толщины диэлектрика между пластинами конденсатора, позволяет значительно увеличить емкость последнего. Все конденсаторы, кроме своей емкости, должны иметь напряжение, на которое они рассчитаны.

Эксплуатация и производство электроэнергии. Из вышесказанного видно, что электрический ток выполняет определенную задачу. При подключении электродвигателей электрический ток заставляет работать все виды электроприборов, передвигаться по рельсам поездов, освещать улицы, отапливать дом, а также производит химические эффекты, т.е. позволяет проводить электролиз и т.д. Можно сказать, что работа электричества на определенном участке цепи равна произведению тока, напряжения и времени, в течение которого выполнялись работы. Работа измеряется в джоулях, напряжение в вольтах, ток, время в секундах. В этом контексте: 1 J = 1V x 1A x 1 s. Это означает, что для измерения функционирования электрического тока необходимо одновременно использовать три прибора: амперметр, вольтметр и часы. Но это громоздко и неэффективно. Поэтому работа электрического тока обычно измеряется приборами учета электроэнергии. В этом устройстве есть все перечисленные выше устройства.

Мощность электрического тока равна отношению текущей операции к времени, в течение которого она выполнялась. Мощность обозначается буквой «P» и выражается в ваттах (W). На практике используются киловатты, мегаватты, гект-ватты и др. Для измерения мощности цепи необходимо взять ваттметр. Инженеры-электрики используют киловатт-часы (кВт-ч) для измерения мощности.

Закон Ома

Закон Ома. Напряжение и ток считаются наиболее благоприятными свойствами электрических цепей. Одной из основных характеристик применения электроэнергии является быстрая транспортировка энергии из одного места в другое и передача ее потребителю в правильной форме. Производство разности потенциалов по току приводит к мощности, т.е. к количеству энергии, высвобождаемой в электрической цепи за единицу времени. Как упоминалось выше, для измерения мощности в электрической цепи потребуется 3 устройства.

Читайте также:  Допустимое падение напряжения аккумулятора под нагрузкой

Так каково же сопротивление провода или цепи в целом? Имеет ли проволока, как и водопроводные трубы или трубки вакуумной системы, постоянное свойство, которое можно назвать сопротивлением? В трубах, например, соотношение перепада давления, при котором создается поток, деленное на скорость потока, обычно является постоянным свойством трубы. Аналогичным образом, тепловой поток в проволоке подчиняется простому соотношению, которое включает разность температур, площадь поперечного сечения проволоки и длину проволоки. Обнаружение этого соотношения для электрических цепей является результатом успешного поиска.

В 1820-х годах немецкий школьный учитель Георг Ом первым начал искать вышеупомянутые отношения. Прежде всего, он искал славу и знаменитостей, которые позволили бы ему преподавать в университете. Это была единственная причина, по которой он выбрал область исследований, имеющую особые преимущества.

Ом был сыном слесаря, поэтому он умел рисовать металлическую проволоку различной толщины, которая ему требовалась для экспериментов. Так как в то время не было возможности купить подходящую проволоку, Ом сделал это сам. Во время экспериментов он пробовал различные длины, толщины, металлы и даже температуры. Он варьировал все эти факторы по порядку. Во времена Ома батареи все еще были слабыми, в результате чего ток был разной силы. По этой причине исследователь использовал термопару в качестве генератора, горячая точка которого была помещена в пламя. Он также использовал грубый магнитный амперметр, а разность потенциалов (называемая «напряжением» после Ом) измерялась путем изменения температуры или количества термосплавов.

Доктрина электрических цепей только начала развиваться. После изобретения батарей около 1800 года, она начала развиваться гораздо быстрее. Были разработаны и изготовлены (часто вручную) различные устройства, открыты новые законы, появились понятия и термины и т.д. Все это привело к более глубокому пониманию электрических явлений и факторов.

Обновление знаний об электричестве стало, с одной стороны, причиной появления новой области физики, с другой — основой быстрого развития электротехники, т.е. были изобретены батареи, генераторы, системы электроснабжения для освещения и электропривода, электрические печи, электродвигатели и т.д.

Открытия Ома имели большое значение как для развития изучения электричества, так и для развития прикладной электротехники. Они упростили прогнозирование свойств электрических цепей для постоянного тока, а затем и для переменного. В 1826 г. Ом опубликовал книгу, в которой представил теоретические выводы и экспериментальные результаты. Но его надежды не оправдались, книга была высмеяна. Это было связано с тем, что метод грубых экспериментов казался непривлекательным в то время, когда многие люди были преданы философии.

У него не было выбора, кроме как отказаться от должности учителя. По той же причине ему не назначили встречу в университете. В течение 6 лет ученый жил в нищете, не имея уверенности в завтрашнем дне, с горьким разочарованием.

Но постепенно его работы впервые стали известны за пределами Германии. Ом пользовался уважением за рубежом и использовал свои исследования. В результате, его соотечественники дома должны были признать его. В 1849 году он был назначен профессором Мюнхенского университета.

Ом обнаружил простой закон, устанавливающий связь между током и напряжением для обрыва провода (для части цепи, для всей цепи). Он также создал правила для определения того, что изменится, если будет взята проволока другого размера. Закон Ома сформулирован следующим образом: Ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на этом участке и обратно пропорционален сопротивлению этого участка.

Закон о лицензировании джоулей

Электрический ток в каждой части цепи выполняет определенную задачу. Например, возьмите участок цепи с напряжением (U) между ее концами. Согласно определению электрического напряжения, работа, выполняемая при перемещении единицы заряда между двумя точками, равна U. Если ток на данном участке цепи равен i, то в течение времени t заряд и, таким образом, работа электрического тока продолжается.

Это выражение применяется в любом случае к постоянному току, к любой части цепи, которая может содержать проводники, электродвигатели и т.д. Мощность тока, т.е. работа в единицу времени.

Эта формула используется в системе СИ для определения единицы напряжения.

Предположим, что часть цепи является сплошным проводником. В этом случае вся работа преобразуется в тепло, выделяемое в этом проводнике. Если проводник однороден и подчиняется закону Ома (сюда относятся все металлы и электролиты).

И. Лентц и, независимо от него, Джоэл руководили этим законом.

Следует отметить, что нагрев проводников имеет множество применений в машиностроении. Самые распространенные и наиболее важные из них — лампочки.

Закон электромагнитной индукции

В первой половине XIX века английский физик М. Фарадей открыл явление магнитной индукции. Этот факт, ставший достоянием многих исследователей, дал мощный импульс развитию электротехники и радиотехники.

В ходе своих экспериментов Фарадей обнаружил, что при изменении числа линий магнитной индукции, проникающих на поверхность, ограниченную замкнутым кругом, на этой поверхности генерируется электрический ток. На этом основан, пожалуй, самый важный закон физики — закон электромагнитной индукции. Ток, возникающий в цепи, называется индукцией. В связи с тем, что электрический ток в цепи возникает только тогда, когда на свободные заряды воздействуют внешние силы, в замкнутом контуре именно эти внешние силы возникают при протекании переменного магнитного потока по поверхности цепи. В физике влияние внешних сил называется электродвижущей силой или индукционным ЭМП.

Электромагнитная индукция также возникает в незакрытых проводниках. Когда проводник пересекает магнитные высоковольтные линии, напряжение генерируется на его концах. Причиной этого напряжения является индукционная электромагнитная совместимость. Если магнитный поток, протекающий через замкнутый контур, не изменяется, то индукционный ток не возникает.

С помощью понятия «ЭМП-индукция» можно объяснить закон электромагнитной индукции, т.е. ЭМП-индукция в замкнутом контуре в модуле равна скорости изменения магнитного потока через ограниченную контуром поверхность.

Правило Ленца. Как мы уже знаем, в проводнике генерируется индуктивный ток. В зависимости от условий его возникновения, он имеет другое направление. Российский физик Ленц сформулировал следующее правило на эту тему: Индуцированный ток, генерируемый в замкнутом контуре, всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле не позволяет магнитному потоку изменяться. Все это приводит к возникновению индуцированного тока.

Индукционный ток, как и любой другой, имеет энергию. Это означает, что при возникновении тока генерируется электрическая энергия. Согласно закону о сохранении и преобразовании энергии, упомянутая выше энергия может вырабатываться только за счет количества энергии другого вида. Таким образом, правило Ленца полностью соответствует закону о сохранении и преобразовании энергии.

В дополнение к индукции в катушке может происходить так называемая самоиндукция. Его природа такова. Когда в катушке генерируется ток или изменяется его сила, создается переменное магнитное поле. При изменении магнитного потока, проходящего через катушку, в катушке возникает электродвижущая сила, называемая самоиндукцией ЭДС.

Согласно правилу Ленца, когда цепь замкнута, самовозбуждающие ЭМП вмешиваются в ток и не увеличивают его. При отключении цепи индуцированная ЭМП снижает ток. Когда ток в катушке достигает определенного уровня, магнитное поле перестает изменяться и самоиндуцирующийся ЭДС становится равным нулю.

Электрические цепи и их компоненты

Электрическая цепь — это совокупность устройств и объектов, образующих путь электрического тока, электромагнитные процессы которого могут быть описаны терминами электродвижущая сила, ток и напряжение. В электрической цепи постоянного тока могут действовать как прямые токи, так и токи, направление которых остается постоянным и значение которых изменяется произвольно с течением времени или по какому-либо закону.

Электрическая цепь состоит из отдельных устройств или элементов, которые можно разделить на 3 группы в зависимости от их назначения. Первая группа состоит из элементов, предназначенных для производства электроэнергии (источников питания). Вторая группа состоит из элементов, которые преобразуют электроэнергию в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и т.д.). Эти элементы называются приемниками электрической энергии (электрическими приемниками). Третья группа включает в себя элементы, предназначенные для передачи электроэнергии от источника питания к электрическому приемнику (провода, устройства, обеспечивающие уровень и качество напряжения и т.д.).

Источниками тока в цепи постоянного тока являются гальванические элементы, электроаккумуляторы, электромеханические генераторы, термоэлектрические генераторы, фотоэлементы и др. Все источники питания имеют внутреннее сопротивление, значение которого мало по сравнению с сопротивлением других элементов в электрической цепи.

Электрические приемники постоянного тока — это электродвигатели, которые преобразуют электрическую энергию в механические, отопительные и осветительные приборы и т.д. Все электрические приемники характеризуются электрическими параметрами, из которых можно назвать самые основные — напряжение и мощность. Для нормальной работы электрического приемника на его клеммах (соединениях) необходимо поддерживать номинальное напряжение. Для приемников постоянного тока это 27, 110, 220, 440 В и 6, 12, 24, 36 В.

Графическое изображение электрической цепи, содержащее символы ее элементов и показывающее соединения этих элементов, называется электрической схемой.

Участок цепи, по которому протекает один и тот же ток, называется веткой. Место соединения ветвей электрической цепи называется узлом. В электрических цепях узел обозначен точкой. Любой замкнутый контур, проходящий через несколько ветвей, называется петлей. Самая простая схема имеет одну схему, сложные схемы имеют несколько контуров.

Элементы электрических цепей представляют собой различные электрические устройства, которые могут работать в различных режимах. Режимы работы как отдельных элементов, так и всей электрической цепи характеризуются значениями тока и напряжения. Поскольку ток и напряжение, как правило, могут принимать любое значение, существует бесчисленное множество режимов работы.

Читайте также:  Каким напряжением открывается диод

Режим ожидания — это режим, в котором ток в цепи не протекает. Такая ситуация может возникнуть, когда цепь прерывается. Номинальная работа происходит, когда источник питания или другой элемент цепи работает при уровнях тока, напряжения и мощности, указанных в паспорте на данное электрическое устройство. Эти значения соответствуют оптимальным условиям эксплуатации оборудования с точки зрения экономичности, надежности, долговечности и др.

Режим короткого замыкания — это режим, в котором сопротивление приемника равно нулю, что эквивалентно соединению положительного и отрицательного выводов источника питания с нулевым сопротивлением. Ток короткого замыкания может достигать высоких значений, во много раз превышающих номинальный ток. Поэтому режим короткого замыкания является аварийным для большинства установок.

Согласованный режим питания и внешней цепи возникает тогда, когда сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению. В этом случае ток короткого замыкания в 2 раза меньше, чем ток короткого замыкания.

Наиболее распространенными и простыми типами соединений в электрической цепи являются последовательные и параллельные соединения.

Последовательное соединение элементов цепи

В этом случае все элементы подключаются к цепи один за другим. Последовательное соединение не позволяет разветвленную цепь — она не разветвленная.

В нашем примере взяты два резистора. Резисторы 1 и 2 имеют резисторы R1 и R2. Так как электрический заряд в этом случае не накапливается (постоянный ток), один и тот же заряд течет на каждом сечении проводника в течение определенного периода времени.

Переменный ток

Как мы уже знаем, электрический ток может быть постоянным и переменным. Но широко используется только переменный ток. Это связано с тем, что переменное напряжение и мощность могут быть преобразованы практически без потерь энергии. Переменный ток вырабатывается генераторами, использующими явления электромагнитной индукции.

Действительные значения тока и напряжения

Известно, что переменный индукционный EMF вызывает переменный ток в цепи. При самом высоком значении EMF ток имеет максимальное значение и наоборот. Это явление называется синфазной случайностью. Несмотря на то, что значения силы тока могут варьироваться от нуля до определенного максимального значения, существуют устройства, которые могут быть использованы для измерения силы переменного тока.

Характеристики переменного тока могут быть действиями, которые не зависят от направления тока и могут быть такими же, как и для постоянного тока. Эти действия могут быть термическими. Например, переменный ток проходит через проводник с определенным сопротивлением. Через некоторое время в этом проводнике вырабатывается некоторое количество тепла. Вы можете выбрать значение мощности постоянного тока таким образом, чтобы в одном и том же проводнике одновременно с переменным током вырабатывалось одинаковое количество тепла. Это значение постоянного тока называется среднеквадратическим значением переменного тока.

Измерители тока и напряжения магнитоэлектрической системы не позволяют проводить измерения в цепях переменного тока. Это происходит потому, что каждое изменение тока в катушке меняет направление крутящего момента, что влияет на стрелку на приборе. Поскольку катушка и стрелка имеют высокую инерционность, прибор не реагирует на переменный ток. Для этого используются устройства, не зависящие от направления тока. Например, можно использовать устройства, основанные на тепловом воздействии тока. В таких устройствах стрелка поворачивается путем удлинения текущей нагретой нити.

Также могут использоваться приборы с электромагнитной системой действия. Движущейся частью в этих приборах является железный диск малого диаметра. Он перемагничивается и втягивается в катушку, через которую проходит переменный ток. Эти приборы измеряют среднеквадратичные значения тока и напряжения.

Индукционная катушка и конденсатор для переменного тока

Характеристиками переменного тока являются изменение силы и направления тока. Эти явления отличают его от постоянного тока. Например, аккумулятор нельзя заряжать переменным током. Он также не может быть использован для других технических целей.

Питание переменного тока напрямую связано не только с напряжением и сопротивлением, но и с индуктивностью подключенных к цепи проводников. Как правило, индуктивность значительно снижает мощность переменного тока. Так как сопротивление цепи равно отношению напряжения к току, то при подключении к цепи катушки индуктивности общее сопротивление увеличивается. Это будет связано с наличием самоиндуктивной ЭМП, которая предотвращает повышение тока. При изменении напряжения ток просто не достигает максимальных значений без индуктивности. Это означает, что самое высокое значение мощности переменного тока ограничивается индуктивностью, т.е. чем выше индуктивность и частота напряжения, тем ниже значение тока.

Когда батарея конденсаторов подключена в цепь постоянного тока, то ток не протекает, так как пластины конденсаторов отделены друг от друга изолирующими уплотнениями. Если в цепи есть конденсатор, то постоянный ток не может протекать.

Когда один и тот же аккумулятор подключен к цепи переменного тока, он вырабатывает электричество. Это объясняется следующим образом. Переменное напряжение вызывает заряд и разряд конденсаторов. Это означает, что если крышка конденсатора имела отрицательный заряд в течение одного полупериода, то в течение следующего полупериода она будет иметь положительный заряд. Следовательно, перезарядка конденсатора смещает заряды вдоль цепи. А это электрический ток, который можно измерить с помощью амперметра. Чем больше зарядка, тем больше ток, т.е. чем больше емкость конденсатора и чем чаще он перезаряжается, тем выше частота.

Трехфазный переменный ток

Трехфазный переменный ток, обладающий многими преимуществами перед однофазным током, в настоящее время широко используется в промышленной практике во всем мире. Трехфазная система — это система с тремя цепями, переменные EMF которых имеют одинаковую амплитуду и частоту, но находятся вне фазы друг с другом на 120° или 1/3 периода. Каждая такая схема называется фазой.

Для получения трехфазной системы необходимо взять три идентичных однофазных генератора и соединить их роторы вместе, чтобы они не меняли своего положения во время вращения. Для поворота ротора обмотки статора этих генераторов должны поворачиваться на 120° друг к другу. Пример такой системы показан на .

В условиях, указанных выше, получается, что ЭМП, генерируемый во втором генераторе, не успеет измениться по сравнению с ЭМП первого генератора, т.е. будет иметь задержку на 120°. Электромагнитный импульс третьего генератора также будет задержан на 120° по сравнению со вторым генератором.

Однако такой способ получения трехфазного переменного тока очень сложен и экономически нежизнеспособен. Чтобы упростить задачу, необходимо объединить все обмотки статоров генераторов в одном корпусе. Этот генератор называется трехфазным генератором. Когда ротор начинает вращаться, каждая обмотка имеет переменный индукционный ЭМП. Из-за пространственного смещения обмоток фазы колебаний в обмотках также сдвигаются друг относительно друга на 120°.

Для подключения генератора переменного тока к цепи необходимо 6 проводов. Чтобы уменьшить количество обмоточных проводов для генератора и приемников, необходимо соединить их вместе в трехфазную систему. Есть две такие связи: Звезда и Дельта. Если вы используете и то, и другое, вы можете сохранить проводку.

При этом способе подключения конец X первой обмотки генератора подключается к началу B второй обмотки, конец Y второй обмотки подключается к началу C третьей обмотки, конец Z третьей обмотки подключается к началу A первой обмотки. Пример подключения показан на рис. 12. При таком способе подключения фазовых обмоток и подключения генератора переменного тока к трехпроводной линии линейное напряжение сравнивается с фазовым по значению.

Заключение

При тесном контакте различных веществ всегда возникает электрический заряд. Когда тела твердые, их тесный контакт предотвращается микроскопическими проекциями и неровностями на их поверхности. Сжимая и натирая такие тела, мы сближаем их поверхности, которые без давления соприкасались бы лишь в нескольких точках. В одних организмах электрические заряды могут свободно перемещаться между различными частями, в других это невозможно. В первом случае корпуса называются «проводниками», а во втором — «диэлектриками или изоляторами». Все металлы, водные растворы солей и кислот и т.д. являются проводниками. Примерами изоляторов являются янтарь, кварц, эбонит и все газы при нормальных условиях.

Однако следует отметить, что деление тел на проводники и диэлектрики очень условно. Все материалы в большей или меньшей степени проводят электричество. Электрический заряд может быть положительным и отрицательным. Этот тип тока не будет длиться долго, потому что электрифицированное тело разряжается. Для поддержания электрического тока в проводнике должно поддерживаться электрическое поле. Для этого используются источники электроэнергии. Самый простой случай электрического тока — это когда один конец провода подключен к электрифицированному телу, а другой — к земле.

Электрические цепи, питающие электричество от ламп накаливания и электродвигателей, появились только после изобретения батарей, которое датируется примерно 1800 годом. После этого учение об электричестве развивалось настолько стремительно, что менее чем через столетие оно не только стало частью физики, но и стало основой новой электрической цивилизации.

Список литературы

  1. Агунов М.В. Агунов А.В. О соотношениях мощности в электрических цепях с несинусоидальными режимами // Электричество, 2003, № 4, с. 53-56.
  2. Агунов М.В. Агунов А.В. Вербова Н.М. Определение полных силовых составляющих в цепях с несинусоидальными напряжениями и токами с помощью методов цифровой обработки сигналов // Электротехника, 2001, № 7, с. 45-48.
  3. Геррн Агунов М.В. Агунов А.В. Вербова Н.М. Новый подход к измерению электроэнергии // Промышленная энергетика, 2003, № 2, С.30-33.
  4. Агунов А.В. Статический компенсатор неактивных составляющих мощности с полной компенсацией гармонических составляющих тока нагрузки // Электротехника, 2004, № 2, с. 47-50.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

Оцените статью
Adblock
detector