1 Билет

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц в проводниках, вызываемый электрическим полем, созданным источником электрической энергии. Численное значение электрического тока I определяется как отношение скорости изменения заряда Δq ко времени t.

I=Δq/t

Единица измерения тока - Ампер (A)

Электрический ток может быть постоянным или переменным. Исторически сложилось, что за положительное направление тока принимается движение положительных зарядов от плюса к минусу. Т.е. ток всегда течет от плюса к минусу!

Направление тока при расчете электрических цепей обычно выбирается произвольно. Если при расчете величина тока (с учетом выбранного положительного направления) имеет знак плюс, то его направление совпадает с выбранным положительным направлением. В величина тока отрицательна, то реальное направление противоположно.

Как известно из курса физики, электрическое поле в каждой точке характеризуется вектором напряжённости E=F/q. Напряженность равна силе, воздействующей на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку, и вектором электрического смещения D=εE, δ=γE=-E/ρ.

Электрическое поле в проводящей среде создаёт ток, характеризуемый в каждой точке поля вектором плотности тока. Ток сопровождается появлением магнитного поля и переходом части энергии электромагнитного поля в тепло. Причём мощность этого процесса в единице объёма P0=δE=γE2.

Электрическая энергия - это энергия электромагнитного поля, являющегося особым видом материи. Особым в том смысле, что существует в пустоте. В тоже время обладает энергией W0=mc2, массой m0=10-17 кг/м2 и количеством движения V=m0c.

Напряжение – это энергия, которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки a в точку b. Единица измерения - Вольт (В).

Магнитное поле в каждой точке характеризуется вектором магнитной индукции B=fm/(qV), вершина которого равна силе действующей на единичный движущийся заряд, скорость которого равна единице, а направление перпендикулярно этой силе.

Так же магнитное поле характеризуется вектором напряжённости Н=B/μμ0.

В качестве нагрузки служит сопротивление. Это есть эквивалент нагрузки. Единицей измерения является величина, измеряемая в Омах, а также зависимость тока протекающего по сопротивлению, от приложенного на напряжения I=f(U) или U=f(I), называемая вольтамперной характеристикой (ВАХ). Если ВАХ. является прямолинейной, то сопротивления называют линейными и, соответственно, цепи в состав которых входят такие сопротивления в качестве элементов схемы называют линейными цепями. Если ВАХ криволинейная, то сопротивления называются нелинейными, а цепи являются нелинейными цепями.

Электри́ческая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой

Классификация электрических цепей

Неразветвленные и разветвленные электрические цепи

Линейные и нелинейные электрические цепи

Среди видов электрического тока различают:

Постоянный ток:

Обозначение (—) или DC (Direct Current = постоянный ток).

Переменный ток:

Обозначение (~) или AC (Alternating Current = переменный ток).

В случае постоянного тока (—) ток течет в одном направлении. Постоянный ток поставляют, например, сухие батарейки, солнечные батареи и аккумуляторы для приборов с небольшим потреблением электротока. Для электролиза алюминия, при дуговой электросварке и при работе электрифицированных железных дорог требуется постоянный ток большой силы. Он создается с помощью выпрямления переменного тока или с помощью генераторов постоянного тока.

В качестве технического направления тока принято, что он течет от контакта со знаком «+» к контакту со знаком «—».

В случае переменного тока (~) различают однофазный переменный ток, трехфазный переменный ток и высокочастотный ток.

При переменном токе ток постоянно изменяет свою величину и свое направление. В западноевропейской энергосети ток за секунду меняет свое направление 50 раз. Частота изменения колебаний в секунду называется частотой тока. Единица частоты — герц (Гц). Однофазный переменный ток требует наличия проводника, проводящего напряжение, и обратного проводника.

Переменный ток применяется на стройплощадке и в промышленности для работы электрических машин, например ручных шлифовальных устройств, электродрелей и круговых пил, а также для освещения стройплощадок и оборудования стройплощадок.

Генераторы трехфазного переменного тока вырабатывают на каждой из своих трех намоток переменное напряжение частотой 50 Гц. Этим напряжением можно снабжать три раздельные сети и при этом использовать для прямых и обратных проводников всего шесть проводов. Если объединить обратные проводники, то можно ограничиться только четырьмя проводами

Общим обратным проводом будет нейтральный проводник (N). Как правило, он заземляется. Три другие проводника (внешние проводники) имеют краткое обозначение LI, L2, L3. В единой энергосистеме Германии напряжение между внешним проводником и нейтральным проводником, или землей, составляет 230 В. Напряжение между двумя внешними проводниками, например между L1 и L2, составляет 400 В.

О высокочастотном токе говорят, когда частота колебаний значительно превышает 50 Гц (от 15 кГц до 250 МГц). С помощью высокочастотного тока можно нагревать токопроводящие материалы и даже плавить их, например металлы и некоторые синтетические материалы.

Режимы работы источников постоянного тока

1.режим холостого хода соответствует отсутствию тока в приёмнике(I=0) и осуществляется отключением приёмника от источника. При этом напряжение источника в режиме холостого хода равно ЭДС

2.Режим короткого замыкания источника возникает тогда, когда сопротивление приёмника равно нулю. При этом напряжение также равно нулю. Ток в режиме короткого замыкания достигает максимального значения, он ограниен лишь внутренним сопротивлением источника

Режим короткого замыкания обычно является аварийным, так как возникающие при этом токи во много раз превышают номинальные значения, на которые рассчитаны элементы цепи.

3.Согласованый режим работы источника и пассивного приёмника соответствует максимальной активной мощности пассивного приёмника.

В электрических цепях постоянного тока согласованный режим работы возникает при равенстве внутреннего и нагрузачного сопротивления(сопротивления приёмника). В этом можно убедиться, записав выражение для тока мощности приёмника с сопротивлением

4. Номинальный режим соответствует режиму работы источников и приёмников электрической энергии при тех значениях токов и напряжений на которые они рассчитаны заводами-производителями. Номинальные значения токов, напряжений и мощностей указываются в каталогах и паспортах для всех источников и приёмников электрической энергии. Соблюдение номинальных режимов обеспечивает эффективное и экономичное производство и потребление электрической энергии и гарантирует срок службы электрических устройств, указываемых заводом-изготовителем.Чаще всего номинальный режим соответствует случаю, когда сопротивление приёмника много больше внутреннего сопротивления генератора. При этом КПД электрической цепи близок к единице, что очень важно для силовых электротехнических устройств и установок.