Электрическое напряжение и потенциал

А В

В поле заряда Q поместим пробный заряд q. Под действием электрического поля Q, q начнет двигаться от точки А до бесконечности, значит электрическое поле совершает работу, то есть обладает энергией. Энергетическими характеристиками поля является потенциал и напряжение.

Электрические потенциал - это работа совершаемая силами поля по перемещению единичного заряда из одной точки поля в бесконечность.

φ- потенциал измеряется в вольтах (В)

Запишем потенциал точек А и В ; .

Электрическое напряжение- это работа, совершаемая силами поля по перемещению единичного заряда из одной точки поля в другую.

[U]=В ;

напряжение между двумя точками есть разность потенциалов этих точек

Потенциал Земли равен 0.

Электрический ток

Электрический ток - это направленное движение зарядов под действием электрического поля.

Чтобы ток шел нужно иметь замкнутую цепь, состоящую из источника и приемника электрической энергии и соединительных проводов. За направление тока принимаем направление движение положительного заряда. Поэтому во внешней цепи ток направлен от зажима «+» к зажиму «-», а внутри источника наоборот.

[I]=A

1 мА=10^-3А

1мкА=10^-6А

Сила тока - количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника за 1с.

; ; Ток равен скорости изменения заряда символ производной.

При прохождении тока проводник нагревается и совершается работа.

; [А]= Дж

[Р]= Вт - мощность - это работа в единицу времени.

1 мВт =10^-3Вт

1 мкВт =10^-6Вт

1 кВт =10³Вт

Тестовые задания:

Задание	Варианты ответов
1.Является ли электрический потенциал энергетической характеристикой электрического поля?	Да; Нет.

Понятие об источниках

Источник- это устройство, которое выдает в цепь электрическую энергию.

Различают источники напряжения и источники тока.

Источник напряжения - это источник, ЭДС которого не зависит от сопротивления нагрузки.

Е - ЭДС;

R_i-внутреннее сопротивление источника.

Схемное изображение

источника напряжения

Источник тока- это источник, ток которого не зависит от сопротивления нагрузки.

- ток источника тока

Схемное изображение

источника тока

Источниками тока являются электронные лампы, транзисторы. Чтобы получить источник тока на практике надо к источнику напряжения подключить очень большое внутреннее сопротивление.

При расчетах возникает необходимость преобразовать источник тока в источник напряжений и наоборот.

Рис. Схема с источником напряжения

Чтобы получить схему с эквивалентным источником тока надо ток источника тока рассчитать по формуле: и внутреннее сопротивление источника напряжения, включенного последовательно, включить к источнику тока параллельно.

Рис. Эквивалентная схема с источником тока.

Параметры электрических сигналов

Сигналы бывают периодическими и непериодическими. Периодические повторяются через определенные промежутки времени. Непериодические возникают один раз и больше не повторяются.

1 Мгновенным называется значение сигнала в любой момент времени u, i, e;

2 Максимальными называется наибольшее из мгновенных значений U_m, I_m, E_m;

3 Размах- это разность между максимальным и минимальным значением сигнала U_p, I_p, E_p,

4 Период - это наименьший промежуток времени. через который, значение переменной повторяется [T]=с;

5 Циклическая частота - это количество колебаний переменной за 1 с.

[f]=Гц

1кГц=10³Гц

1МГц=10⁶Гц

Сигналы различной формы

1 Сигнал не изменяющийся во времени - это постоянное напряжение или ток.

2 Сигнал гармонической формы изменяется по закону sin или cos

3 Сигнал треугольной формы.

4 Сигнал пилообразной формы.

5 Сигнал прямоугольной формы (биполярный импульс)

6 Однополярный импульс

t_u- длительность импульса

скважность- отношение периода к длительности импульса

7 Сигнал на выходе однополупериодного выпрямителя

8 Сигнал на выходе двухполупериодного выпрямителя

Тестовые задания:

Задание		Варианты ответов
1Является ли скважность понятием, которое характеризует гармонический сигнал?		Да; Нет.
2 Укажите какой отрезок на временной диаграмме соответствует размаху сигнала?
Задание	Виды сигналов		Временные диаграммы
4.Укажите какие временные диаграммы соответствуют перечисленным видам сигналов.	однополярный импульс; гармонический сигнал; сигнал пилообразной формы; сигнал треугольной формы.

ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Резистивное сопротивление - это участок цепи, в которой происходит процесс необратимого преобразования электрической энергии в тепловую.

[R]=Ом

1кОм=10³ Ом

1МОм=10⁶ Ом

Элемент, который обладает электрическим сопротивлением, называется резистор

,

где ρ- удельное сопротивление

l- длина проводника.

S- площадь поперечного сечения

Электрическая проводимость- это способность тела проводить электрический ток.

[G]= См (Сименс)

Индуктивность- это способность тела накапливать энергию магнитного поля.

[L]=Гн (Генри)

1мГн= 10^-3Гн

1мкГн= 10^-6Гн

Формула индуктивности , где; - потокосцепление катушки

Ф- магнитный поток, N- число витков катушки

Элемент который обладает индуктивностью, называется катушка индуктивности.

Для тороидальной катушки запишем расчетную формулу ее индуктивности

l_ср- длина средней магнитной силовой линии

- магнитная постоянная, μ- относительная магнитная проницаемость.

Запишем формулу энергии магнитного поля .

Емкость- это способность тела накапливать энергию электрического поля

[C]- Ф (фарад)

С- электрическая емкость.

1мкФ=10^-6 Ф

1нФ=10^-9Ф

1пФ=10^-12 Ф

Элемент обладающий емкостью называют конденсатором. Конденсатор - это две металлические пластины, разделенные слоем диэлектрика.

Формула емкости плоского конденсатора

ε₀- электрическая постоянная, ε₀= 8,85·10^-12Ф/м

ε- относительная диэлектрическая проницаемость

d- расстояние между пластинами

S- площадь одной пластины

Запишем формулу энергии электрического поля

Тестовые задания:

Задание		Варианты ответов
2.Укажите какие из приведенных математических выражений соответствуют понятию индуктивность.	а) ; б) ; в) ; г) ; д) ;
3.Выберите из перечисленных величин величины, соответстствующие 25мкФ.	а) 25·10-6 Ф; б) 25·106 Ф; в) 25·103 нФ; г) 25·106 пФ; д) 25·10-9 нФ; е) 25·10-12 пФ.