1. Основы электротехники и электроники

В последнее время в связи с бурным развитием электроники открылись новые возможности по созданию оборудования, способного обеспечить производственные процессы в автоматическом режиме. Для понятия принципов работы силового оборудования необходимы элементарные знания электротехники и электроники.

1.1. Электрический ток. Законы и общие понятия

1.1.1. Сила тока

Явление направленного движения носителей заряда, сопровождаемое магнитным полем, называют полным электрическим током.

Для количественной оценки электрического тока служит величина, называемая силой тока.

Сила тока численно равна количеству электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени:

(1.1)

Единицей силы тока является ампер (А). Очевидно, что ток определяется как упорядоченной скоростью носителей заряда (например, электронов), так и их плотностью.

1.1.2. Эдс и напряжение

Вследствие движения зарядов в цепи возникает ток и в потребителе расходуется энергия, запасенная источником. Для количественной оценки указанных энергетических преобразований в источнике служит величина, называемая электродвижущей силой (ЭДС). ЭДС (Е) численно равна работе, которую совершают сторонние силы при перемещении единичного положительного заряда внутри источника или сам источник, проводя единичный положительный заряд по замкнутой цепи.

Единицей ЭДС является вольт (В). Таким образом, ЭДС равна 1 В, если при перемещении заряда в 1 Кл по замкнутой цепи совершается работа в 1 Дж: .

Перемещение зарядов по участку цепи сопровождается затратой энергии. Величину, численно равную работе, которую совершает источник, проводя единичный положительный заряд по данному участку цепи, называют напряжением U.

Измерить напряжения на различных участках цепи можно только при замкнутой цепи. ЭДС измеряют между зажимами источника при разомкнутой цепи.

1.1.3. Закон Ома

Закон Ома для участка цепи: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку и обратно пропорционально сопротивлению.

_(1.2)

где R – сопротивление проводника.

За единицу сопротивления принято сопротивление такого участка цепи, в котором устанавливается ток в 1 А при напряжении в 1 В: [R] = 1 В/1 А=1 Ом.

Более крупными единицами сопротивления являются килоом (кОм): 1 кОм = 10³ Ом; мегаом (МОм); 1 Мом = 10⁶ Ом.

Сопротивление проводника зависит от геометрии и свойств материала проводника:

R = ρl/S (1.3)

l и S – соответственно длина [м] и площадь проводника [м²],

ρ – удельное сопротивление [Ом-м].

Единица удельного сопротивления. Значение ρ для металлов при такой единице очень мало. Поэтому для удобства расчетов поперечное сечение проводника берут в квадратных миллиметрах. Тогда единицей ρ будет Ом-мм²/м.

Элементы электрической цепи, характеризующиеся сопротивлением R, называют резистивными. Они могут быть проволочными и непроволочными. Проволочные резисторы и реостаты изготовляют из материалов с большим удельным сопротивлением. При этом обеспечивается нужное сопротивление при относительно малых габаритах.

Реостат обеспечивает получение переменного сопротивления, значение которого регулируется изменением положения подвижного контакта реостата.