Получение электрической энергии из других видов энергии

-Преобразование химической энергии в электрическую

Электрохимическими источниками электр. энергии явл.: гальванический элемент, аккумуляторы, топливные элементы.

Электрические генераторы просты в эксплуатации, бесшумны, не создают радиопомех, и отходов, загрязнение воздуха.

-Преобразователь тепловой энергии в электрическую

Непосредственное преобразование тепловой энергии в электрическую, можно осуществлять используя явление в контакте 2-ух металлов или полупроводнике, где действуют сторонние силы, которыми обусловлены диффузия заряженных частиц.

-Преобразователь лучистой в электрическую энергию. Концентрация и энергия свободных носителей заряда в полупроводнике могут увеличить не только при нагревании, но и под действием лучистой энергии.

Электродвижующиеся силы

E=A_ст/Q кол-но ЭДС определяется величиной работы приходящейся на единицу заряда.

[E]=A_ст/Q =[B] Положительное направление ЭДС совпадает с положительным направлением тока, т.е. внутри источника от « - » к « + ».

Мощность источника электрической энергии

W_u= A_ст=E*Q=E*I*t

Энергия источника- это энергия которую источник отдаёт во внешнюю цепь.

P_ист=W_ист/t=E*I*t/t=E*I

Мощность источника- это величина энергии вырабатываемой за единицу времени, т.е. скорость преобразования энергии в источнике.

[P]=W/t=Дж/с=Вт

1кВт=10³Вт

1МВт=10⁶ Вт

1кВт*ч=10³*3600=36*10⁵Вт/с или Дж

Преобразование электрической энергии в другие виды энергии

-Преобразование эл. энергии в тепловую

Принцип преобразования эл. энергии в тепловую лежит так же в основе работы эл. ламп накаливания.

-Преобразование эл. энергии в химическую

Аккумулятор при зарядке или эл. ванна явл. Приёмниками эл. энергии, при преобразовании электрич. энергии в химич. В химическом противодействии токов оказывают сторонние силы.

Понятие о противо-ЭДС

Чтобы найти источник в цепи нужно сравнить направление тока и ЭДС.

Мощность приёмника.

Кол-во энергии образуемой в проводнике или приёмнике, за единицу времени, в тепловую энергию пропорционально квадрату тока и электрическому сопротивлению. [найден был в 1844г. закон Джоуля-Ленца]

W_пр=I²*R*t

Мощность приёмника- скорость преобразования электрической энергии в другой вид энергии в приёмнике.

P_пр=W_пр/t=U*I=I²*R=U²/R

Мощность источника- скорость с которой механическая или другая энергия в источник тока. P_ист=E*I

Мощность потерь в источнике- мощность определяющая непроизводительный расход электр. энергии в генераторе

P₀= I²*R₀

P_ист= P_пр+ P₀- баланс мощностей

Коэффициент полезного действия

η = P_пр/ P_ист*100%

η =U/E

Закон Ома для замкнутой цепи

Сила тока в цепи прямо пропорционально ЭДС источника.

I=E/R+r₀+R_прав

I=E/ R+r₀

E=I*R+I* r₀=U+U₀

U=E- U₀

Режим работы электрической цепи и её элементов

Режим работы электрической цепи- электрич. состояние цепи, определяемое значениями токов, напряжений и мощностей её отдельных элементов.

Номинальный режим- режим работы электр. цепи, при котором действительные токи напряжения и мощности элементов электрической цепи соответствуют их номинальным значениям, указываемым в паспорте уст-ва.

Рабочий режим- если в электр. цепи действительные хар-ки режима отличаются от номинальных величин, но отключение находится в допустимых пределах.

Режим холостого хода- (х.х) если R=∞, то тока в цепи небудет.

Такой случай обычно рассматривают как размыкание в цепи.

Режим х.х- это режим электрической цепи или отдельных элементов, при которых ток в них равен нулю, а напряжение на внешних зажимах источника равно его ЭДС. U=Σ

Режим короткого замыкания- если сопротивление равно нулю, то по закону Ома, ток равен току короткого замыкания, а напряжение на зажимах источника и приёмника равно нулю.

Режим короткого замыкания (К3)- это режим электр. цепи при котором накоротко замкнут участок с одним или несколькими элементами, в связи с чем напряжение на этом уч-ке равно нулю.

К3 в электроустановках не желательны, т.к. токи К3 в несколько раз превышают номинальные токи. Это приводит к увеличению выделения теплоты в токоведущих частях электроустановок, их порче и уничтожению.

Электрическая нагрузка проводов и защита их от нагрузок

Нагрев проводов при протекании по ним электрич. тока допускается до 65-80⁰С и зависит от св-в изоляции или св-в самих проводов. Ток при котором достигается небольшая допустимая температура называется допустимым током. Провод выбирают такого сечения, что бы допустимый ток был равен или несколько больше заданного расчёта тока.

Схемы электрических цепей

Схемы электрических цепей- это графическое изображ. Содержащее условные обознач. Элементов в цепи и показывающие соединение между ними. Различают:

-схемы соединений (монтажные)

-схемы замещений (расчётные)

-принципиальные

Схема замещения элементов электр. цепи

Элементы цепи, в которых электрич. энергия преобразуется в теплоту, хар-тся сопротивлением(R) или проводимостью G называются пассивными.

Элементы цепи, в которых преобразование энергии осущ. при наличии ЭДС, хар-тся в большинстве случаев постоянными величинами ЭДС и Σ внутреннего сопротивления r- такие элементы называются активными.

Источники электрической энергии

Источники электрической энергии являются необходимым элементом любой электрической цепи.

Их разделяют на идеальные и реальные источники. В свою очередь идеальные источники делятся на источники ЭДС и источники тока.

Источники ЭДС- это такие элементы электрической цепи у которых разность потенциалов на выходе не зависит от величины и направления протекания тока, т.е. их вольтамперные хар-ки представляют собой параллельные линии.

Источник тока- это такие элементы эл. цепи у которых протекающий ток не зависит от знака и значения разности потенциалов на выходе, т.е. вольтамперная хар-ка представляет собой прямую линию параллельную оси Х.

Пассивные и активные элементы электрической цепи

Активные элементы элект. цепи –это такие элементы в которых преобразование электр. энергии осущ. при наличии ЭДС и которое в большинстве случаев хар- тся постоянным ЭДС и внутренним сопротивлением.

Пассивные элементы- в которых электр. энергия преобраз. В теплоту и которая хар-тся сопротивлением или проводимостью.

Активная ветвь содержит источник электр. энергии.

Пассивная ветвь не содержит источник электр. энергии.

Законы Кирхгофа

Узел- это точка соединения 3 и более ветвей.

Ветвь электр. цепи- участок электр. цепи между двумя узлами или (по которой протекает один ток)

Контур электр. цепи- любой замкнутый путь проходящий по нескольким ветвям.

I Закон Кирхгофа.

1 версия: В узле электр. цепи алгебраич. сумма токов равна нулю. (ΣI=0)

2 версия: В узле электр. цепи сумма токов направленных к узлу, равна сумме токов направленных от узла.

II Закон Кирхгофа

1 версия: В замкнутом контуре электр. цепи алгебраическая сумма напряжения на его ветвях рана нулю. (ΣU=0)

2 версия: В замкнутом контуре электр. цепи алгебраич. сумма ЭДС равна алгебраич. сумме падений напряжения на всех сопротивл. Контура.

Неразветвлённая электр. цепь. Последовательное соед. пассивных элем.

I=I₁=I₂=I₃

U=U₁+U₂+U₃

R=R₁+R₂+R₃

Разветвлённая электр. цепь. Параллельное соед. пассивных элем.

I=I₁+I₂+I₃

U=U₁=U₂=U₃

1/R_ЭКВ=1/R₁+1/R₂+1/R₃

G_ЭКВ=G₁+G₂+G₃

Для двух сопр.

R_ЭКВ=R₁*R₂/R1+R2

Для 3 сопр.

R_ЭКВ= R₁*R₂*R₃/R1*R2+R2*R3+R3*R1

Делитель напряжения

Делитель напряжения (потенциометр)- распределение напряжений пропорциональное сопротивлением последовательно соединённых резисторов, используется в работе потенциометра (делителя напряжения).В качестве потенциометра можно использовать реостат с подвижным контактом, включённым соответственно к схеме.Изменяя сопротивление реостата, можно плавно изменять напряжение. Делить напряжения может состоять из нескольких резисторов с постоянными сопротивлениями соединенными последовательно. Напряжение можно снимать с каждого резистора или с каждой группы резисторов.

Магнитодиэлектрики

Магнитотвердые материалы:

-обладает низкой магнитной проницаемостью

- высокая коэртитивная сила

-Остаточная магнитная индукция

-ковкость

-Легко поддаються механической обо. И прокатки

Изготавливают пост. Магниты

Все виды стали все виды сплавов.

Кривая первоначального намагничивания.

Циклическое перемагничивание феромагнитных материалов магнитный гестерезис.

Сталетов помещая стальной сердечник в катушку с током получил зависимость.

B=f(H), которая для данного сорта стали изобр. Кривой первоначального намагничивания.

При изменении намагничевающего тока из напряженность и из индукция в сердечнике катушки, это изменение описывается петлей гестерезиса из которого видно, что при уменьшение напряженности до 0 остается магнитная индукция которая называется остаточной. При В=0 т.е. при полном размагничивание материала величина напряженности наз коэрцитивной силой.

Изменение магнитного поля на границах двух сред.

tg£1/tg£2=Mr1/Mr2

Классификация магнитных цепей

Магнитная цепь называется часть электротехнического устройства, содержащая ферромагнитные тела, в которой при наличии намагничивающей силы возникает магнитный потом и вдоль которой замыкаются линии магнитной индукции. Источниками намагничивающей силы могут быть катушки с током. Постоянные магниты. Постоянная цепь – ус-во из ферромагнитных сердечников с воздушными зазорами или без них, по кот. Замыкается магнитный поток.

Магнитные цепи

Однородные-Выполнены из одного материала и по всей длине имеется одинаковое сечение.

Неоднородные-состоят из несколько однородных участков. Отличается длиной сечением и материалом.

Неразветвленные- характерная особенность: один неизменный поток во всем уч-ке цепи.

Разветвленные- сумма поток притекающих равна сумме оттекающих(∑Ф=0)

Семметричные- выполнены из одного и того же материала и все части или одинаковый размер.

Несемметричные- если не выполнена хотя бы из условий симметричности.

Закон полного тока

При расчете магнитной цепи:

1. Делим цепь на участки ( L1; L2: L3) с одинаковым сечеснием по всей длине уч-ка.

2. Определяем магнитную индукцию: B=Ф/S

3. По кривым намагничивания опр. Напряженность.

4. Напряженность для воздушного зазора опред. По формуле µ= B0/M0=0,8*10 в 6

По закону полного тока сумма магнитных напряжений на отдельных участках равна полному току.

Расчет неразвлетвленной неоднородной цепи.

Неоднородная разветвленная цепь состоит из несколько участков отличающихся длинной, поперечным сечением и материала. Состояние ферромагнитных участков с воздушным зазором.

Явление электромагнитной индукции.

В 1931 году Фарадей открыл явление электромагнитной индукции.

Если магнитный поток пронизывающий замкнутый контур изменяется, то в этом контуре возникает ЭДС под действием которой в контуре течет эл. Ток.

Электромагнитная индукция – явление возникновения ЭДС в проводнике под действием магнитного поля. Демонстрация яв. Электромагнитной индукции.

Закон электромагнитной индукции

Количественная зависимость индуцированного ЭДС от характеристик магнитного поля. ЭДС индуцируемая в замкнутом контуре при заявлении сцепленного с ними магнитного потока равна скорости изменения магнитного потока равна скорости изменения магнитного потока взятого с отрицательным знаком

Закон электромагнитной индукции формулировки Маклера

L=B*l*U

Правило Ленца

В 1993 года Лунц установил общее правило для определения направления индуцируемого тока и электромагнитных сил возникающих в результате взаимодействия магнитного поля с индуцируемым током.

Явления поведедения ЭДС самаиндукци в проводнике, контуре или катушки вызванное изменением тока в самом проводнике, контуре иди катушке, называется явлением самоиндукции.

Если по катушке с индуктивностью L протекает ток, то в магнитном поле этой катушки накапливается энергия определенная по формуле:

W=I2L/2

Если 2 или несколько катушек расположено так, что магнитный поток одной катушки пронизывает витки 2 катушки следовательно магнитосвязанные катушки каждая такая катушка обладает индуктивностью L

Явление наведения ЭДС взаимоиндукции в одной из взаимосвязанных катушек вызванное изменение тока в другой катушке называется явление взаимоиндукции.

Принцип работы эл трансформаторов основан на явлении взаимоиндукции.