ТОЭ. Экзамен (2012−2013). Ответы.

1. Физические основы электротехники. Уравнения электромагнитного поля

Под электромагнитным полем понимают вид материи, характеризующийся совокупностью взаимосвязанных и взаимообусловливающих друг друга электрического и магнитного полей, и который составляет одну из основ существования нашего мира:

1. Электрические и магнитные явления обеспечивают существование и стабильность атомов и молекул, составляющих основу существования материи в форме вещества. Вещество составляет основу существования и живой и неживой материи. 2. Передача энергии и информации между объектами материального мира в пространстве посредством электромагнитного излучения (в виде радиоволн, тепла и света) также играют важнейшую роль в нашей жизни и нашем материальном мире.

Первое уравнение Максвелла (обобщение закона полного тока или закона Ампера) – вектор элемента поверхности ( вектор площадки)

Второе уравнение Максвелла (обобщенный закон электромагнитной индукции: переменный магнитный поток Ф, пронизывая контур, наводит в нем ЭДС е, равную скорости изменения потока)

Третье уравнение Максвелла (обобщение теоремы Гаусса на случай переменного электрического поля, где поток вектора электрического смещения сквозь произвольную поверхность S равен заряду Q, находящемуся внутри этой поверхности)

или в интегральной форме Четвертое уравнение Максвелла (обобщение закона Гаусса, где поток вектора В через любую поверхность S равен нулю)

2. Законы электрических цепей. Закон Ома. Законы Кирхгофа. Правила составления уравнений по законам Кирхгофа. Пример.

Закон Ома. Для участка ЭЦ, не содержащий источников ЭДС, Закон Ома формулируется так: сила тока на участке цепи, не содержащем ЭДС, прямо пропорционально напряжению, приложенному на концах участка, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка. где I сила тока в ветви, содержащей участок с сопротивлением R , если напряжение на концах этого участка равно Uab.

Обобщенный закон ома: для определения тока в ветви необходимо, произвольно задав положительное направление тока, разделить алгебраическую сумму ЭДС источников, включенных в эту ветвь, и приложенного к ней напряжения на суммарное сопротивление всех участков ветви. Если ЭДС или напряжение, действующие на концах ветви, противонаправдены току, то они входят в алгебраическую сумму с отрицательным знаком.

Для замкнутой цепи, состоящей всего из одного электрического контура, закон Ома записывается так:

где, сумма сопротивлений, это полное электрическое сопротивление контура, состоящее из внутреннего сопротивления реального источника ЭДС R0 и сопротивления R, внешнего по отношению к источнику ЭДС участка данной цепи.

Законы Кирхгофа

Первый закон: для любого узла ЭЦ алгебраическая сумма токов всех ветвей, подключенных к данному узлу, равна нулю.

Второй закон: в контуре электрической цепи алгебраическая сумма падений напряжений на всех его участках равна алгебраической сумме всех ЭДС этого электрического контура.

Правила составления уравнений

Перед составлением уравнений нужно, чтобы направления токов во всех ветвях этой цепи были выбрано произвольно. Для первого закона: токи входящие в узел положительные, исходящие отрицательные. Для второго закона: необходимо выбрать положительное направление обхода электрический контуров. Если ток совпадает с направлением обхода (положительным направлением) то он положительный т.е. берётся со знаком +.