19. Основные закономерности цепей постоянного тока.

Основные законы цепей постоянного тока.

Электрическим током называется всякое упорядоченное движение электрических зарядов в пространстве. Упорядоченное движение свободных зарядов, возникающее в проводнике под действием электрического поля называется током проводимости. Упорядоченное движение электрических зарядов путем перемещения в пространстве заряженного тела называется конвекционным электрическим током. За направление электрического тока принимается движение положительных зарядов. В действительности в металлических проводниках электрический ток создается движением электронов в противоположном направлении. Силой тока называется количество электричества, проходящее через поверхность за единицу времени. Плотностью тока называется величина тока, проходящего через единичную площадь. Ток называется постоянным, если его сила и направление не меняются с течением времени. Для постоянного тока Носителями тока в металлах являются электроны проводимости. В классическом приближении эти электроны рассматриваются как электронный газ.

Закон Ома,

Ома закон, устанавливает, что сила постоянного электрического тока I в проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) U между двумя фиксированными точками (сечениями) этого проводника:

U=RI,B.

1-е и 2-е правила Кирхгофа

Первый закон Кирхгофа (Закон токов Кирхгофа, ЗТК) гласит, что алгебраическая сумма токов в любом узле любой цепи равна нулю (значения вытекающих токов берутся с обратным знаком):

Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Данный закон следует из закона сохранения заряда. Второй закон Кирхгофа (Закон напряжений Кирхгофа, ЗНК) гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений по любому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура. Если в контуре нет ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю:

• для пос тоянных напряжений

• для переменных напряжений

Иными словами, при обходе цепи по контуру, потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Законы Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.

Применение постоянного тока в технике и технологиях

Постоянный ток широко используется в технике: подавляющее большинство электронных схем в качестве питания используют постоянный ток. Переменный ток используется преимущественно для более удобной передачи от генератора до потребителя.

Иногда в некоторых устройствах постоянный ток преобразуют в переменный ток преобразователями (инверторами).

20. Основные закономерности цепей переменного тока..

Переменный ток — это ток, сила и направление которого изменяются во времени. Переменный ток получают, используя явление электромагнитной индукции, при котором в проводнике, пересекающем магнитное поле, возникает электродвижущая сила. Э.д.с, переменного тока определяется выражением:

E=Em sin(wt+j),

Различают мгновенное и действующее значения напряжения и тока,

Закон Ома для цепей переменного тока

Если ток является синусоидальным с циклической частотой ω, а цепь содержит не только активные, но и реактивные компоненты (ёмкости, индуктивности), то закон Ома обобщается; величины, входящие в него, становятся комплексными:

U = I*Z

где:

U — напряжение или разность потенциалов,

I — сила тока,

Z — комплексное сопротивление (импеданс),

R — полное сопротивление,

Rr — реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),

Rа — активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,

Последовательный и параллельный резонансы

По отношению к внешним цепям колебательный контур может быть последовательным, если он включен последовательно с источником переменного напряжения, или параллельным, если включен параллельно.

При совпадении частоты возбуждающего напряжения сопротивление последовательного контура уменьшается до значения его активного сопротивления, а для параллельного - возрастает, при этом в последовательном контуре напряжение на реактивных элементах - конденсаторе и индуктивности резко возрастает в Q раз, где Q - добротность контура, равная отношению реактивного сопротивления к активному в момент резонанса:

Для параллельного контура во столько же рве возрастает его сопротивление для внешнего возбуждающего источника.

Явление резонанса и его применение в технике и технологиях.

Резонансные цепи широко используются в радиотехнике для выделения из общего состава электромагнитных волн нужной частоты. Меняя величины емкости и индуктивности, можно колебательный контур настроить на любую частоту и тем самым выделить именно ее, отсеяв все остальные, поскольку энергия только этой частоты будет накапливаться в колебательном контуре и усиливаться, остальные частоты будут этим контуром подавляться.

21. Техническое использование переменного тока.

В связи с удобством преобразования из высокого напряжения, необходимого для передачи электроэнергии на большие расстояния, а низкое, необходимое для непосредственного использования в быту и в технике, переменный ток нашел широкое применение в промышленности и в быту. В промышленности переменный ток используется для литания электромоторов, в основном. асинхронного типа, в быту - для питания электронагревательных приборов, освещения, холодильников, бытовых электромоторов и т. п.

22. Закон Фарадея и принцип действия электрических трансформаторов.

э.д.с. электромагнитной индукции Ei, в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Фм сквозь поверхность, ограниченную этим контуром:

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

• Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)

• Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Линии электропередач.

Линия электропередачи (ЛЭП) — один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока. Также электрическая линия в составе такой системы, выходящая за пределы электростанции или подстанции.

Различают воздушные и кабельные линии электропередачи.

По ЛЭП также передают информацию при помощи высокочастотных сигналов и ВОЛС. Используются они для диспетчерского управления, передачи телеметрических данных, сигналов релейной защиты и противоаварийной автоматики.