Ответы эл.мех

Вопросы, которые необходимо знать перед началом изучения электрических машин

Какое тело называется электрически нейтральным?

Тело является электрически нейтральным, если суммарный заряд отрицательно заряженных частиц, входящих в состав тела, равен суммарному заряду положительно заряженных частиц

Какое тело называется электрически заряженным?

Преобладают положительные или отрицательные заряды

Что такое электрическое и электростатическое поле?

Электрическое поле- особая форма материи, существующая вокруг частиц и тел, обладающих эл.зарядом, а также в свободном виде в электромагнитных волнах. ЭСП - поле неподвижных эл.зарядов

Что такое напряженность электрического поля и зависит ли она от величины помещенного в это поле заряда?

Напряженность эл.поля - векторная физическая величина характеризующая поле в данной точке и численно равная отношению силы F, действующей на неподвижный точечный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q, E=F/q

Что такое однородное и неоднородное электрическое поле?

Электрическое поле, в котором напряженность одинакова по модулю и направлению в любой точке пространства, называется однородным электрическим полем.

Однородное электрическое поле - это такое поле, во всех точках которого напряженность имеет одно и то же абсолютное значение и направление. Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами. Силовые линии такого поля являются прямыми одинаковой густоты. В противном случае электрическое поле называют неоднородным.

Что такое точечный заряд?

Точечным зарядом называется заряд, сосредоточенный на теле, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других тел или до рассматриваемой точки поля. Иными словами, точечный заряд — это материальная точка, которая имеет электрический заряд.

Что такое абсолютная диэлектрическая проницаемость, электрическая постоянная и диэлектрическая проницаемость вещества?

Диэлектрическая проницаемость среды — физическая величина, характеризующая свойства изолирующей среды и показывающая зависимость электрической индукции от напряжённости электрического поля.

Электрическая постоянная (Абсолютную диэлектрическую проницаемость вакуума е₀ называют еще электрической постоян­ной.) — физическая константа, скалярная величина, входящая в выражения некоторых законов электромагнетизма.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ, Величина,показывающая, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем ввакууме.

От чего зависит сила, с которой поле одного точечного заряда действует на помещенный в это поле другой точечный заряд?

сила, действующая на заряд q со стороны электрического поля, равна:

Что такое работа, чем она отличается от энергии и чему равна работа сил поля по перемещению заряда при непостоянной (постоянноменяющейся) силе?

Работа – это величина, которая характеризует превращение энергии из одного вида в другой. Мерой количества энергии является работа. Работа W, совершаемая электрическим током за время t при известном напряжении U силе тока I, равна произведению напряжения на силу тока и на время его действия: W = UIt 

Работа сил электростатического поля А равна изменению потенциальной энергии заряда в электрическом поле, взятому с противоположным знаком: A = -(Wp2 - Wp1)

Что такое потенциал, как он связан работой и с напряженностью поля и зависит ли он от величины помещенного в это поле заряда?

Физическая величина, равная отношению потенциальной энергии электрического заряда в электрическом поле к заряду, называется потенциалом φ  электрического поля: , ,

Что такое электрическое напряжение, как оно связано с работой?

Разность потенциалов двух точек электростати­ческого поля называется электрическим напряжением

Напряжение. Отношение работы, совершаемой любым электрическим полем при перемещении положительного заряда из одной точки поля в другую, к значению заряда называется напряжением между этими точками: .

Как связаны между собой напряженность и напряжение для однородного и неоднородного электрического поля?

модуль вектора напряженности поля: INCLUDEPICTURE "http://lib.alnam.ru/archive/arch.php?path=../htm/book_phis9/files.book&file=phis9_67.files/image3.gif" \* MERGEFORMATINET

Любое электрическое поле в малой области пространства можно считать однородным. Поэтому формула справедлива для произвольного электрического поля, если только расстояние d настолько мало, что изменением напряженности поля на этом расстоянии можно пренебречь.

Что такое электропроводность вещества, как она зависит от температуры и что такое проводники, полупроводники и диэлектрики?

Электропроводность вещества-свойство вещества проводить эл.ток под действием эл.поля.

Проводники-вещ-ва, проводящие эл.ток за счет того, что внутри есть свободные заряды

Полупроводники-вещ-ва, занимающие промежуточное значение м/у проводниками и диэлектриками

С повышением температуры провода подвижность сво­бодных электронов уменьшается, так как столкновения частиц следуют чаще и при одной и той же напряженности поля средняя скорость их движения уменьшается. Умень­шение подвижности электрона приводит, как следует из формулы q=1/y, к увеличению удельного сопротив­ления.

Диэлектрики-вещества с ничтожной электропроводностью.

Что такое электрический ток, как он связан с зарядом при постоянном и переменном токе?

Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц

При постоянном токе направление и величина слабо меняются во времени.

При переменном токе величина и направление меняются во времени.

Что такое сопротивление и как его найти через параметры проводника?

Сопротивление – физ. величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению эл.тока. r=U/I

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле:

где ρ — удельное сопротивление вещества проводника, Ом·м, l — длина проводника, м, а S — площадь сечения, м².

16,Что такое эдс и как она связана с совершаемой ею работой по перемещению заряда при разомкнутом и замкнутом источнике?

ЭДС – основная характеристика источника тока, показывающая какую работу совершают сторонние силы по созданию единичного заряда.

Работа по перемещению заряда в эл.стат поле по замкнутому контуру=0.

17,Как связано напряжение на зажимах источника с его эдс при замкнутой и разомкнутой электрической цепи?

ЭДС возникает в источнике тока и когда цепь разомкнута,тогда ЭДС равна разности потенциалов на зажимах источника энергии.

18,Что такое мощность и как она связана с равномерной и неравномерной работой?

Мощность — энергетическая характеристика, равная отношению работы А к интервалу времени t ее совершения: P = A/t. Скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в источнике питания в электрическую, называется мощностью генератора (источника) P_г = EIt/t = EI.

При неравномерной нагрузке фаз активная мощность Р трехфазной системы равна сумме мощностей отдельных ее фаз:

P = P_A + P_B + P_C

При равномерной нагрузке трехфазной системы активные мощности Р_ф всех трех фаз равны, поэтому активная мощность трехфазной системы

P = 3U_фI_ф cos ?

где ? — угол сдвига фаз между фазным током и фазным напряжением.

19Как формулируется первое и второе правило Кирхгофа?

Первое правило Кирхгофа - алгебраическая сумма токов в каждом узле любой цепи равна нулю.

Второе правило Кирхгофа -  алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме ЭДС ветвей этого контура.

20,При увеличении и при уменьшении нагрузки что происходит с током и сопротивлением приёмника?

При увеличении нагрузки увеличивается ток, уменьшается сопротивление.

21,Почему при передаче энергии на дальние расстояния применяют высокое напряжение?

?P_л = I²R_л = P₂²/U₂² * 2?l_л/s_л 

Следовательно, чем больше передаваемая мощность Р₂ и расстояние l_л, на которое она передается, тем больше потери мощности и энергии в проводах; чем больше площадь сечения проводов S_л и напряжение U₂ в линии передачи, тем меньше эти потери, поэтому выгоднее передавать электрическую энергию при более высоких напряжениях.

22,В чем заключается принцип наложения при расчете электрических цепей?

ток в цепи равен алгебраической сумме токов, создаваемых в ней источ­никами э. д. с, действующими отдельно друг от друга, при неизменных сопротивлениях всех участков цепи. Возможность расчета электрических цепей по прин­ципу наложения вытекает из того, что ток в любом участке цепи равен алгебраической сумме частичных токов, созда­ваемых в этом участке от всех э. д. с. цепи, действующих отдельно друг от друга. Вначале полагаем, что в цепи действует только одна какая-либо э. д. с, причем все сопротивления цепи остаются неизменными (включая внутренние сопротивления источ­ников, даже и тех, гдеэ. д. с. приравниваются нулю). Для такой схемы находим токораспределение. Затем повторяем расчет, полагая, что действует вторая э. д. с, а все осталь­ные не действуют. Аналогичные расчеты производим пооче­редно для всех э. д. с.

23,Когда возникает магнитное поле?

Магнитное поле правильнее было бы называть электродинамическим, так как оно возникает только при движении заряженных частиц, и действует только на движущиеся заряды.  Чтобы возникло магнитное поле, необходимо, чтобы бионы начали вращаться, а заставить их вращаться может только движущийся заряд, который будет притягивать один из полюсов биона. Если заряд не будет двигаться, то и бион не будет вращаться.

24,Что такое магнитная индукция и как определяется направление этого вектора в какой-либо точке вокруг провода с током?

Магнитная индукция (обозначается символом В) – главная характеристика магнитного поля; которая определяется силой, воздействующей на перемещающийся электрический заряд (ток) в магнитном поле, направленной в перпендикулярном направлении скорости движения.

25,От чего зависит магнитная индукция в какой-либо точке вокруг провода с током?

Зависит от величины тока, формы провода, расстояния точки от провода, от свойств среды, в которой создается магнитное поле.

Что такое однородное и неоднородное магнитное поле?

Магнитное поле, в различных точках которого индукция имеет различные значения, называется неоднородным.

Поле однородно, если во всех точках поля векторы магнитной индукции имеют одинаковую величину и параллельны друг другу.

Что такое абсолютная магнитная проницаемость, магнитная постоянная и магнитная проницаемость вещества?

абсолютная магнитная проницаемость - скалярная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. m _а=В/Н

Магнитная постоянная (Гн/м) - абсолютная магнитная проницаемость вакуума.

Магнитная проницаемость - Физическая величина, показывающая, во сколько раз индук­ция магнитного поля в одной среде больше  или меньше индукции маг­нитного поля в вакууме

Что такое парамагнетики, диамагнетики и ферромагнетики, чему равны их магнитные проницаемости?

Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются  в направлении внешнего магнитного поля(J↑↑H) и имеют положительную магнитную восприимчивость. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы .

J — намагниченность вещества под действием магнитного поля, H — напряженность магнитного поля.

Диамагнетики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. Магнитная проницаемость   .

Ферромагнетики — такое вещество, которое (при температуре ниже точки Кюри) способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.

Магнитную проницаемость, определенную по формуле: μ = В/(μ_oН), называют статической магнитной проницаемостью.

Магнитная проницаемость ферромагнетиков сложным образом зависит от Н. Из кривой намагничивания ферромагнетика можно построить зависимость магнитной проницаемости от Н.

Что такое магнитный поток, как он связан с индукцией в однородном и неоднородном магнитном поле и чему эквивалентны эти величины в электрическом домене?

Магнитный поток – поток вектора магнитной индукции через площадку (в однородном поле равен произведению магнитной индукции и величины площадки): Ф=BS

Если индукция направлена под углом: Ф=B*cos(a)*S

В неоднородном магнитном поле: dФ=B*cos(a)*dS

измеряется в веберах (Вб)

Что такое напряженность магнитного поля, как она связана с индукцией?

Напряженность магнитного поля – векторная величина, характеризующая магнитное поле

Напряженность (Н) и магнитная индукция (В) связаны следующим образом:

Измеряется в ампер/метр (А/м)

Что такое магнитное напряжение и как оно связано с соответствующей напряженностью для однородного и неоднородного магнитного поля?

Магнитное напряжение на прямолинейном участке контура есть произведение длины участка и проекции вектора магнитной напряженности на этот прямолинейный участок U_m = (H*cos α)*L = H_L*L , где Um – магнитное напряжение, Н – напряженность магнитного поля, L – длина прямолинейного участка

В неоднородном магнитном поле выделяют как можно больше прямолинейных участков и в результате суммируют всё это дело: U_m = Σ H_L * ΔL

Измеряется в амперах (А)

Что такое намагничивающая сила, магнитодвижущая сила и как они связаны с магнитным напряжением?

Магнитодвижущая (намагничивающая) сила - физическая величина, характеризующая способность электрических токов создавать магнитные потоки. Используется при расчетах магнитных цепей; аналог ЭДС в электрических цепях.

F= Hl

Где F – магнитодвижущая (намагничивающая) сила

Н – напряженность магнитного поля внутри катушки

L – длина катушки

33,Что такое полный ток?

Полный ток – это алгебраическая сумма токов, проходящих через ограниченную замкнутым контуром поверхность.

34,Что такое закон полного тока, для расчета какой величины его особенно удобно использовать?

Закон полного тока - это закон, связывающий циркуляцию вектора напряженности магнитного поля и ток.

Зaкoн полного тока гoвoрит o тoм, чтo циркуляция пo кoнтуру L вeктoрa нaпряжeннoсти магнитного поля, инициирoвaннoгo прoтeкaниeм тока  рaвнa полному току, тo eсть.

,

где: Н – напряженность магнитного поля в данной точке пространства; dL – элемент длины замкнутого контура L; α – угол между направлениями векторов  и ; S  I – алгебраическая сумма токов, пронизывающих контур L.

35,Чему равна по закону полного тока напряженность поля внутри кольцевой и цилиндрической катушки?

Определим магнитное поле кольцевой катушки, используязакон полного тока. Выбираем контур радиусом r внутри кольцевой катушки. получим значение напряженности:

H_r = F/2πr= Σ I/2πr = Iw/2πr через цилиндрическую катушку с током: H_A = Iw/L

36,Что такое магнитный диполь, магнитный момент магнитного диполя, магнитный момент тела и намагниченность тела?

Магнитный диполь- аналог электрического (электрический диполь – это “совокупность двух равных по абсолютной величине разноимённых точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга“. ), который можно представить себе как систему двух«магнитных зарядов».В качестве модели магнитного диполя можно рассматривать небольшую плоскую замкнутую проводящую рамку площади , по которой течёт ток 

Магнитным моментом диполя называют величину , где  — единичный вектор, направленный перпендикулярноплоскости рамки в том направлении, с которого ток в рамке течёт против часовой стрелки.

Магнитный момент тела - векторная величина, равная геометрической сумме магнитных моментов всех магнитных диполей в данном теле

Намагни́ченность — характеристика магнитного состояния макроскопического физического тела.

Однородно намагниченное тело:

   Любое вещество, помещенное в магнитное поле, приобретает некоторый магнитный момент. Намагниченность J – это магнитный момент единицы объема.

В несильных полях намагниченность прямо пропорциональна напряженности поля, вызывающего намагничивание: :

  

Если же тело намагничено неоднородно (состоит из нескольких частей), то намагниченность определяется для каждого физически малого объема dV

  

 — Намагниченность магнетика

 — Объем тела

 — Магнитный момент тела

 — Магнитная восприимчивость вещества

 — Магнитный момент в объеме тела dV

 — Маленькая часть объема

Единица измерения :ампер на метр (А/м)

37,В чем сущность процесса намагничивания?

Переориентирование магнитных доменов вдоль силовых линии магнитного поля. Чем больше (количество) доменов сориентируется в одном напрявлении, тем сильнее намагнитится материал. Причем чем точнее домены сориентируются по линии, тем выше намагничивание. Когда все-все домены выстроятся в направлении, то наступает т. н. магнитное насыщение.

38,Чему равна индукция в неферромагнитной и ферромагнитной среде при заданной напряженности внешнего поля?

При напряженности поля Н магнитная индукция в неферромагнитной среде (μ_r = 1) была бы равна B₀=μ₀H. В ферромагнитной среде к этой индукции прибавляется индукция добавочного магнитного поля B_д= μ₀M.Результирующая магнитная индукция в ферромагнитном материале B=B₀+B_д=μ₀(H+M).)

39,Что такое кривая намагничивания, на какие участки она делится?

Зависимость M(H)или B(H), представленная в виде ф-л, графиков или таблиц, наз. кривой намагничивания.

Рис. 3. Кривая намагничивания ферромагнетиков.

На начальном участке кривой намагничивания увеличение напряженности внешнего поля ведет к незначительному росту индукции, причем при отключении внешнего поля индукция снижается до нуля. Этот участок принято называть участком обратимого намагничивания или областью Релея (I).

На втором участке незначительное изменение напряженности внешнего поля ведет к заметным изменениям индукции. Этот участок принято называть участком резкого роста индукции или областью скачков Баркгаузена (II).

На третьем участке кривой намагничивания зависимость индукции от напряженности внешнего поля вновь ослабевает. Этот участок называют участком замедленного намагничивания или область намагничивания за счет процессов вращения (III).

На четвертом участке индукция растет пропорционально напряженности магнитного поля. Этот участок называют участком насыщения или областью парапроцесса (IV).

40,Как зависит от напряженности поля величина магнитной проницаемости неферромагнитных и ферромагнитных материалов?

Магнитные свойства материалов характеризуются их абсолютной магнитной проницаемостью μ_а. Она определяется отношением магнитной индукции В к напряженности магнитного поля Н и измеряется в генри/метр (гн/м)

Абсолютная магнитная проницаемость вакуума μ_а = 4π · 10^-7 гн/м. Для воздуха и других неферромагнитных материалов она незначительно отличается от μ_а и при технических расчетах принимается равной 4π · 10^-7 гн/м. Так как абсолютная магнитная проницаемость для вакуума и указанных выше материалов практически одинакова, то μ_аназывается магнитной постоянной μ₀. Абсолютная магнитная проницаемость μ_а ферромагнитных материалов непостоянна и во много раз превышает магнитную проницаемость вакуума. Число, показывающее, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость μ_а ферромагнитного материала больше магнитной постоянной μ₀, называется относительной магнитной проницаемостью μ или сокращенно магнитной проницаемостью (табл. 5).

Как видно из кривых намагничивания (см. рис. 36), способность материалов намагничиваться — их магнитная проницаемость — в слабых магнитных полях велика, а затем с ростом индукции постепенно уменьшается. Следовательно, магнитная проницаемость ферромагнитных материалов — величина изменяющаяся, зависящая от степени их намагничивания.

Что такое магнитный гистерезис и как определить основную кривую намагничивания?

Магнитный гистерезис - это явление зависимости вектора напряженности и вектора намагничивания магнитного поля в веществе не только от воздействия внешнего магнитного поля, но и от предыстории воздействия.

Явление отставания изменения индукции магнитного поля в ферромагнетике от изменения напряженности внешнего магнитного поля называется магнитным гистерезисом. На графике отрезок (0a) - основная кривая намагничивания тела от величины H  0 до Hнас .

Геометрическое место точек вершин симметричных циклов гистерезиса называется основной кривой намагничивания. Основная кривая намагничивания практически совпадает с начальной кривой.

Зависимости B=F(H) и J=F(H), полученные на предварительно размагниченных образцах, называют основными кривыми намагничивания.

Что такое магнитомягкие и магнитожесткие материалы, из каких из них делают постоянные магниты и почему?

Магнитомягкие – с большой магнитной проницаемостью μ и малой величиной коэрцитивной силы Н_К < 10 А/м. Они легко намагничиваются и размагничиваются. Обладают малыми потерями на гистерезис, т.е. узкой петлей гистерезиса.

Магнитотвердые материалы – обладают большой Н_К > 0,5·МА/м и остаточной индукцией (В_О ≥ 0,1Т). Им соответствует широкая петля гистерезиса. Они с большим трудом намагничиваются, зато могут несколько лет сохранять магнитную энергию, т.е. служить источником постоянного магнитного поля. Поэтому из них изготовляются постоянные магниты.

Как выглядит закон Ома для магнитной цепи и как определяется магнитное сопротивление?

В магнитной цепи магнитный поток Ф зависит от приложенной магнитодвижущей силы (м.д.с.) численно равной I_w и от сопротивления R магнитному потоку:

закон Ома для магнитной цепи.

Магнитное сопротивление R_М определяют в зависимости от длины силовых линий l (м), площади поперечного сечения силового потока S (м²) и абсолютной магнитной проницаемости _а (Вб/Ам):

Как формулируется первое и второе правило Кирхгофа для магнитной цепи?

Первый закон Кирхгофа для магнитной цепи: Алгебраическая сумма магнитных потоков Ф_k в узле равна нулю: