Закон Ома для участка цепи

Соотношение между током I, напряжением UR и сопротивлением R участка аb электрической цепи (рис. 1.3) выражается законом Ома

 или U_R=RI.

В этом случае U_R=RI – называют напряжением или падением напряжения на резисторе R, а   – током в резисторе R.

При расчете электрических цепей иногда удобнее пользоваться не сопротивлением R, а величиной обратной сопротивлению, т.е. электрической проводимостью:

.

В этом случае закон Ома для участка цепи запишется в виде:

I=Ug.

Закон Ома для всей цепи

Этот закон определяет зависимость между ЭДС E источника питания с внутренним сопротивлением r₀ (рис. 1.3), током Iэлектрической цепи и общим эквивалентным сопротивлением R_Э=r₀+R всей цепи:

(1.2)

.

Сложная электрическая цепь содержит, как правило, несколько ветвей, в которые могут быть включены свои источники питания и режим ее работы не может быть описан только законом Ома. Но это можно выполнить на основании первого и второго законов Кирхгофа, являющихся следствием закона сохранения энергии.

Первый закон Кирхгофа

В любом узле электрической цепи алгебраическая сумма токов равна нулю

(1.3)

,

где m – число ветвей подключенных к узлу.

При записи уравнений по первому закону Кирхгофа токи, направленные к узлу, берут со знаком «плюс», а токи, направленные от узла – со знаком «минус». Например, для узла а (см. рис. 1.2) I−I₁−I₂=0.

Второй закон Кирхгофа

В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на всех его участках

(1.4)

,

где n – число источников ЭДС в контуре; m – число элементов с сопротивлением R_k в контуре; U_k=R_kI_k – напряжение или падение напряжения на k-м элементе контура.

2. Объяснить, что такое силы Ампера, Лоренцо

Сила Ампера

 На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, равная

F = I·L·B·sina

I - сила тока в проводнике; B - модуль вектора индукции магнитного поля; L - длина проводника, находящегося в магнитном поле; a - угол между вектором магнитного поля инаправлением тока впроводнике.

Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера.

Максимальная сила Ампера равна:

                                                                       F = I·L·B

Ей соответствует a = 90⁰.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника с током, то есть силы Ампера.

Сила Лоренца — сила, с которой электромагнитное поле согласно классической (неквантовой) электродинамикедействует на точечную заряженную частицу. Иногда силой Лоренца называют силу, действующую на движущийся со скоростью v заряд q  лишь со стороны магнитного поля, нередко же полную силу — со стороны электромагнитного поля вообще^[1], иначе говоря, со стороны электрического E и магнитного B полей.

F=q(E+[v×B])

3. Сформулировать закон Ампера

 Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются. Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током. Выражение для силы dF⃗ , с которой магнитное поле действует на элемент объёма dV проводника с током плотности j⃗ , находящегося в магнитном поле с индукцией B⃗ , в Международной системе единиц (СИ) имеет вид:

dF⃗ =j⃗ ×B⃗ dV.

4. Описать принцип получения однофазного, трехфазного и постоянного тока

Рассмотрим принцип действия простейшего генератора переменного тока. Между полюсами электромагнита или постоянного магнита (рис 1) расположен цилиндрический ротор (якорь), набранный из листов электротехнической стали. На роторе укреплена катушка, состоящая из определенного числа витков проволоки. Концы этой катушки соединены с контактными кольцами, которые вращаются вместе с ротором. С контактными кольцами связаны неподвижные контакты (щетки), с помощью которых катушка соединяется с внешней цепью. Воздушный зазор между полюсами и ротором профилируют так, чтобы индукция магнитного поля в нём менялась по синусоидальному закону:

где  - угол между плоскостью катушки и нейтральной плоскостью  .

Трехфазный ток – это система из трех электрически связанных однофазных переменных токов, смещенных по фазе один относительно другого на треть периода (120 электрических градусов).

Трехфазный ток создается в генераторах, в которых имеются три симметрично расположенных группы проводников (три фазы обмотки), электрически связанных между собою. Так как полный цикл изменений э. д. с. в проводнике (один период) осуществляется при прохождении проводника под одной парой соседних полюсов (один северный, один южный), то для получения сдвига на треть периода необходимо фазы обмотки пространственно сместить друг относительно друга на угол   , где p – число пар полюсов в машине. В генераторе с одной парой полюсов этот угол равен 120°; в генераторе с p = 2 он равен 60° и т. д. 

Электрическую энергию постоянного тока получают в настоящее время чаще всего из электрической энергии переменного тока с помощью полупроводниковых преобразовательных устройств. Реже для этой цели используют генераторы, приводимые во вращение электрическими и неэлектрическими двигателями, аккумуляторы, гальванические элементы и термогенераторы.