Ответы эл.мех

Второй закон Кирхгофа для магнитной цепи: Алгебраическая сумма МДС ( ) в контуре магнитной цепи равна алгебраической сумме магнитных напряжений ( ) в этом же контуре:

=

где I_k – намагничивающий ток, w_k – количество витков катушки, H_k – напряженность магнитного поля k-го участка, ℓ_k – длина средней линии.

Что такое электромагнитная сила (Ампера), действующая на провод, чему она равна и как определить её направление?

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 в проводнике.

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

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.

Как ведут себя близкорасположенные параллельные провода с токами одинакового и противоположных направлений и почему?

Два параллельных проводника, по которым проходит ток, притягиваются, если в них токи одинаково направлены, и отталкиваются, если токи направлены в противоположные стороны

Как ведёт себя контур с током, помещенный в магнитное поле?

Проводник с током повернеться в магнитном поле так что бы обладать минимальной потенциальной энергией. Т. е. что бы контур по которому течет ток находился перепендикулярно линиям магнитной индукции.

Что такое электромагнитная сила (Лоренца), действующая на электрон в проводе, чему она равна и как определить её направление?

Сила Лоренца — сила, с которой электромагнитное поле согласно классической электродинамике действует на точечную заряженную частицу.

Fл = q·V·B·sina

где q - величина движущегося заряда; V - модуль его скорости;  B - модуль вектора индукции магнитного поля; a - угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции

Сила Лоренца перпендикулярна векторам В и v, и её направление определяется с помощью того же правила левой руки, что и направление силы Ампера: если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции В, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца 

Что такое электромагнитная индукция?

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

От чего зависит эдс электромагнитной индукции в проводе и как определить её направление?

Величина ЭДС индукции, возникающей в проводнике при его движении в магнитном поле, прямо пропорциональна индукции магнитного поля, длине проводника и скорости его перемещения.

Зависимость эта выражается формулой Е = Blv,

где Е — ЭДС индукции; В — магнитная индукция; I — длина проводника; v — скорость движения проводника.

Направление индуктированной ЭДС (а также и тока в проводнике) зависит от того, в какую сторону движется проводник. Для определения направления индуктированной ЭДС существует правило правой руки.

Чему равна эдс электромагнитной индукции в замкнутом контуре, зависит ли она от материала, из которого он выполнен?

ЭДС индукции в замкнутом контуре прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром.

INCLUDEPICTURE "https://upload.wikimedia.org/math/3/9/9/3991a7c07cd27388bf58539585eb07b3.png" \* MERGEFORMATINET

Как выглядит закон Ленца для тока в контуре?

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсировать то изменение магнитного потока, которым вызывается данный ток. 

Что такое потокосцепление, чему равна эдс катушки, если каждый ее виток сцеплен с одинаковым магнитным потоком?

Потокосцепление – алгебраическая сумма потоков сцепленных с отдельными витками цепи,

ψ=Ф₁+Ф₂+…+Ф_к

Если каждый виток катушки сцеплен с одинаковым магнитным потоком (Ф₁=Ф₂=…=Ф), то ЭДС в катушке в ω раз больше, чем в одном витке,

e = - ω, где ω – число витков катушки.

В этом случае потокосцепление равно произведению равно произведению числа витков и сцепленного с любым витком магнитного потока :

Ψ= ωФ

Что такое вихревые токи, возникают ли они при постоянном и переменном магнитном потоке?

Если в изменяющемся магнитном поле находятся массивные проводящие тела (сталь, медь, латунь и др.), то под действием ЭДС электромагнитной индукции в этих проводниках возникают вихревые токи, которые являются частным случаем наведенных токов.

Вихревые токи возникают именно при переменном магнитном потоке.

Что такое потокосцепление самоиндукции?

Потокосцепление самоиндукции - алгебраическая сумма пронизывающих витки магнитных потоков, которые обусловлены электрическим током в этой цепи, Ψ_L .

Что такое индуктивность?

Индуктивность – постоянная величина, равная отношению потокосцепления самоиндукции к току в катушке или контура, характеризующее связь потокосцепления самоиндукции с током в данной электрической цепи,

L = , [L]=[Ом * сек]=[Гн]

Что такое эдс самоиндукции и как она связана с индуктивностью?

ЭДС самоиндукции – явление, при котором ЭДС возбуждается в контуре в результате изменения тока в этом же контуре.

Почему при подключении цепи с сопротивлением и индуктивностью к источнику постоянной эдс ток не сразу достигает максимального значения, как выглядит закон Кирхгофа для этого случая и графики изменения тока и эдс самоиндукции катушки?

Помимо ЭДС в таком контуре действует ЭДС самоиндукции, препятствующая изменению тока.

Что такое индуктивно (магнитно) связанные контура (катушки), что такое взаимная индуктивность?

Если два контура или две катушки с токами расположены близко друг от друга, то часть магнитного потока катушки пронизывает витки второй, и наоборот, такие контуры и катушки называют индуктивно или магнитно связанными.

-взаимная индукция первого и второго контуров или катушек.

Что такое эдс взаимной индукции, как она определяется?

Эдс взаимной индукции - возникновение эдс в одном проводнике вследствие изменения силы тока в другом проводнике или вследствие изменения взаимного расположения проводников. Правило Ленца(индукционный ток, возникающий при относительном движении проводящего контура и источника магнитного поля, всегда имеет такое направление, что его собственный магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, вызвавшего этот ток).

Как выглядят уравнения напряжений Кирхгофа для двух индуктивно связанных контуров, подключенных на соответствующие напряжения?

Что такое конденсатор?

Конденса́тор  — двухполюсник с определённым или переменным значением ёмкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Что такое емкость конденсатора и как она связана с зарядом?

Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU).

Почему при подключении цепи с сопротивлением и емкостью к источнику постоянной эдс напряжение на конденсаторе не сразу достигает максимального значения, как выглядит закон Кирхгофа для этого случая и графики изменения тока и напряжения конденсатора?

Электрический заряд на обкладках конденсатора препятствуют прохождению тока и уменьшают его. После зарядки, ток достигает максимального значения, следовательно, и напряжения.IR=E-U

Что такое среднее и действующее значение синусоидального тока, за какой промежуток времени они расчитываются?

Под средним значением синусоидального тока будем понимать его среднее значение за полпериода.

Действующее значение синусоидального тока - это такое значение постоянного тока, который протекает по сопротивлению r и выделяет такую же тепловую энергию, что и переменный ток, за тот же промежуток времени.

Что такое коэффициент формы и амплитуды тока, чему они равны для более острой и более тупой формы чем синусоида?

Коэффициент амплитуды - отношение амплитудного значения к среднеквадратичному.  Для синусоидального тока и напряжения коэффициент амплитуды K_A = √2 ≈ 1.414 Для тока и напряжения треугольной или пилообразной формы коэффициент амплитуды K_A = √3 ≈ 1.732 Для переменного тока и напряжения прямоугольной формы коэффициент амплитуды K_A = 1  Коэффициент формы - отношение среднеквадратичного значения к средневыпрямленному.  Для переменного синусоидального тока или напряжения коэффициент формы K_Ф  ≈ 1.111 Для тока и напряжения треугольной или пилообразной формы K_Ф  ≈ 1.155 Для переменного тока и напряжения прямоугольной формы K_Ф = 1

Что такое индуктивное сопротивление, чему оно равно при постоянном токе и как выглядит закон Ома для действующих значений цепи с индуктивностью?

Под чисто индуктивным сопротивлением мы понимаем сопротивление, оказываемое переменному току катушкой, проводник которой не обладает вовсе омическим сопротивлением.

Подсчет индуктивного сопротивления катушки для переменного тока данной частоты производится по формуле

X_L=2π• f •L

где X_L — индуктивное сопротивление в ом; f—частота переменного тока в гц; L — индуктивность катушки в гн

Как известно, величину 2π• f называют круговой частотой и обозначают буквой ω (омега). Поэтому приведенная выше формула может быть представлена так:

X_L=ω•L

Отсюда следует, что для постоянного тока (ω = 0) индуктивное сопротивление равно нулю. Поэтому, когда, нужно пропустить по какой-либо цепи постоянный ток, задержав в то же время переменный, то в цепь включают последовательно катушку индуктивности.

Равны ли сопротивления одного и того же проводника при протекании через него постоянного и переменного токов и почему, какое сопротивление называется активным?

Сопротивление, включенное в цепь переменного тока, в котором происходит превращение электрической энергии в полезную рабо­ту или в тепловую энергию, называется активным сопротивлением.

Активное - то, которое не зависит от того переменный ток или нет. Пример - обычный резистор Реактивное - которое "проявляет" свои свойства в переменном токе и зависит от его частоты. Пример - конденсатор и соленодиная катушка В общем виде сопротивление цепи или участка (импеданс) выглядит как: Z = R + iX, где Z — импеданс, R — величина активного сопротивления, X — величина реактивного сопротивления, i — мнимая единица.

Что такое поверхностный эффект, как он зависит от частоты сети?

У поверхности проводника плотность тока получается больше, чем при постоянном токе, а в центре меньше. При высокой частоте неравномерность проявляется так резко, что плотность тока в значительной центральной части сечения проводника практически равна нулю; ток проходит только в поверхностном слое, отчего это явление и получило название поверхностного эффекта. Таким образом, поверхностный эффект приводит к уменьшению сечения проводника, по которому проходит ток (активного сечения), и, следовательно, к увеличению его сопротивления по сравнению с сопротивлением посто­янному току.

Что такое ёмкостное сопротивление, чему оно равно при постоянном токе и как выглядит закон Ома для действующих значений цепи с ёмкостью?

Ток опережает по фазе напряжение на зажимах цепи на 90 градусов, а амплитуда его

Разделив на правую и левую части выражения, получим:

или закон Ома для цепи с емкостью

Называется реактивным сопротивлением емкости или емкостиым сопротивлением и измеряется в омах.

Реактивное сопротивление емкости обратно пропорционально частоте f и емкости С. С уменьшением частоты емкостное сопротивление увеличивается. В пределе при f = 0 (постоянное напряжение) , постоянный ток через конденсатор не проходит.

Что характеризует активная и реактивная мощность?

Активная мощность характеризует среднюю скорость преобразования электрической энергии в тепловую, а также в механическую, химическую и другие виды энергии.

Реактивная мощность – это величина, которая характеризует нагрузки  создаваемые колебаниями энергии электромагнитных полей, которые встречаются в индуктивностях и емкостях. Но вообще, реактивная мощность, если можно так сказать, характеризует характер нагрузки 

Величина обменной энергии между генератором и цепью с реактивным сопротивлением характеризуется максимальным значением мгновенной мощности этой цепи, которая называется реактивной мощностью (обозначение Q).

Как связана активная и реактивная мощность с полной мощностью и с действующими значениями тока и напряжения, что такое коэффициент мощности?

Активная мощность: цепи равна произведению действующих значений напряжения и тока, умноженному на cosф. Множитель cosф называют к оэффициентом мощности.

Реактивная мощность:

Произведение действующих значения напряжения и тока называется полной мощности:

Полная, активная и реактивная мощности связаны между собой соотношением

Таким образом, S, Р и Q связаны между собой таким же соотношением, как и стороны треугольника, катет которого представляют активную и реактивную мощности, а гипотенуза — полную мощность цепи

Треугольник мощностей можно получить из треугольника напряжений, умножив на ток все его стороны. Из треугольника мощностей нетрудно определить коэффициент мощности

Что такое резонанс напряжений, при каком соединении элементов R, L, C он возникает и чем опасен?

Резонанс напряжений - резонанс, происходящий в последовательном колебательном контуре при его подключении к источнику напряжения, частота которого совпадает с собственной частотой контура. Явление резонанса напряжений возникает на частоте ω, при которой индуктивное сопротивление катушки XL = ωL и ёмкостное сопротивление конденсатора XC = 1/ωC равны между собой. Явление резонанса напряжений необходимо учитывать при разработке аппаратуры. Повышенное напряжение может повредить не рассчитаные на него элементы.

Что такое резонанс токов, при каком соединении элементов R, L, C он возникает и чем опасен?

Резонанс токов — резонанс, происходящий в параллельном колебательном контуре при его подключении к источнику напряжения, частота которого совпадает с собственной частотой контура. Условия получения резонанса токов такие же, как и для резонанса напряжений: f = f0 или xL = хC. Однако по своим свойствам резонанс токов во многом противоположен резонансу напряжений. В этом случае на катушке и на конденсаторе напряжение такое же, как у генератора. Опасен тем, что в схеме могут находиться элементы, которые не рассчитанны на высокий ток нагрузки, как следствие, они могут выйти из строя.

Как выглядит первое и второе правило Кирхгофа в символической форме?

Первый закон Кирхгофа

По первому закону Кирхгофа алгебраическая сумма мгновенных значений токов, сходящихся в любом узле схемы равно 0.

ΣIk = 0

Если поставить вместо Ik в эту формулу комплекс(с точеской сверху) Ik = Ik*e^(jwt), то мы получим все тот же закон Кирхгофа в символической форме

ΣIk = 0 (Сумма комплексов с точкой сверху) ⇒ e^(jwt)ΣIk = 0

Второй закон Кирхгофа

Для замкнутой цепи и любого количества ветвей можно составить уравнение по второму закону Кирхгофа для мгновенный значений токов примерно следующего вида

Σ(ΣUr+ΣUc+ΣUl) = Σe

(в данной формуле первая сумма - это суммирование всех ветвей, суммы внутри скобки - это падения напряжений для сопротивлений,катушек и емкостей в каждом контуре) То есть сумма падений напряжений в цепи равна сумме напряжений ЭДС в этой цепи

При переходе к символическому представлению, падение напряжения в каждом контуре представляется как комплекс тока контура умноженный на полное комплексное сопротивление контура

Σ(комплекс)Ik*Zk = ΣEk

Таким образом, по смыслу не второй закон Кирхгофа в символической форме не сильно отличается от закона Кирхгофа для цепи с постоянным током, за исключением использованием комплексов для представления токов и сопротивлений

Как выглядят уравнения Кирхгофа в комплексной форме для двух индуктивно связанных контуров, подключенных на соответствующие напряжения?

Для цепей синусоидального тока законы Кирхгофа формулируются так же, как и для цепей постоянного тока, но только для комплексных значений токов и напряжений.

Первый закон Кирхгофа: «алгебраическая сумма комплексов тока в узле электрической цепи равна нулю»

Второй закон Кирхгофа: «в любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма комплексных ЭДС равна алгебраической сумме комплексных напряжений на всех пассивных элементах этого контура».