Условные графические изображения

Приведем лишь некоторые из многочисленных элементов, размеры и внешний вид зафиксированы в ГОСТах. Сверху условного графического изображения обозначается их буквенное название. Получаем своеобразную азбуку электрика.

— генератор постоянного тока; — аккумулятор, батарейка;

— активное сопротивление; — индуктивность;

— емкость- конденсатор;

• — неразъемное; — разъемное соединение проводников;

или — трансформатор тока;

— однофазный счетчик активной энергии;

— предохранитель; — автоматический выключатель;

— асинхронный электродвигатель;

— контакт магнитного пуcкателя; — катушка его;

— силовой однофазный трансформатор в развернутом виде;

— 3-фазный трансформатор в однолинейном изображении;

— 3-фазный тр-тор в трехфазном изображении;

— заземление. — осветительная лампа накаливания

Закон Ома

В замкнутой цепи под действие ЭДС источника протекает ток. Сила тока измеряется в Амперах. Один Ампер — это ток, при протекании которого по двум бесконечно длинным проводам, находящимся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, создается сила 2 ∙10^-7 Ньютонов на каждый метр провода.

Смысловое значение этого определения заключается в том, что при протекании тока по двум параллельным проводникам, происходит их притяжение или отталкивание. Это необходимо для выбора шин и проводов.

Один Ньютон — эта такая сила, которая создает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с².

ЭДС и напряжения показывают разность электрических зарядов между двумя точками. Напряжения и ЭДС измеряются в вольтах. Один Вольт — это разность потенциалов между концами проводника с током 1А, сопротивление которого 1 Ом.

Ток в элементе цепи при постоянной температуре пропорционален ЭДС, под действием которой он протекает. Отношение ЭДС к силе тока называется сопротивлением. Сопротивление называется активным, если энергия, выделяемая в нем , безвозвратно переходит в тепловую.

, Отсюда

где R — сопротивление проводника постоянному току; Е — ЭДС источника; I — сила тока.

Последняя формула отражает закон Ома для участка цепи. Ток на участке цепи пропорционален разности потенциалов на концах этого участка (напряжению между концами) и обратно пропорционален сопротивлению участка.

Способность цепи препятствовать прохождению электрического тока называется сопротивлением. Сопротивление измеряется в Омах, на практике также измеряют сопротивление 1 кОм=1000 Ом; 1 мОм =0,001 Ома; 1 Мом = 1000 000 Ом. Сопротивление элемента зависит от удельного сопротивления. Удельное сопротивление — это мера способности вещества препятствовать прохождению тока, оно определяется материалом элемента, площадью поперечного сечения и длиной проводника. У хороших проводников, имеющих большое количество свободных электронов, удельное сопротивление мало, а у изоляторов очень велико. Лучшие проводники электричества: серебро, медь; диэлектрики: фарфор, эбонит, слюда, стекло.

Чем длиннее проводник, тем его сопротивление больше, и чем больше поперечное сечение проводника, тем его сопротивлении е меньше. Отсюда следует, что сопротивление проводника можно рассчитать по формуле, которая известна из курса физики

; Размерность сопротивления по формуле ,

где ρ — удельное сопротивление проводника, Ом∙м; L — длина проводника, м; F — площадь поперечного сечения проводника, м².

Нетрудно видеть, что удельное сопротивление проводника измеряется в Ом м, часто приводят значение в Ом мм²/м.

Таблица — Удельные сопротивления материалов

Материал	ρ,Ом∙мм2/м	Материал	ρ,Ом∙мм2/м	Материал	ρ,Ом∙мм2/м
Серебро	0,016	Медь	0,01673	Алюминий	0,0267
Железо	0,1	Свинец	0,21	Нихром	1,1
Графит	13	Фарфор	1019	Эбонит	1020

Чтобы перейти от Ом мм²/м переведем мм² в м². 1 м² = 10⁶ мм². Тогда

1 Ом мм²/м = 1 Ом м² 10^-6/м = 1 10^-6 Ом м, получаем для Алюминия

Ρ_AL = 2,67 10^-8 Ом м; для меди ρ_Cu =1,673 10^-8 Ом м, а земля имеет примерно ρ_ЗЕМ = 100 Ом м.

Ток, направление которого в цепи регулярно изменяется, называется переменным. Такой ток создается переменной ЭДС.

Сопротивление можно рассматривать, как способность элемента цепи препятствовать прохождению тока. Оно зависит от удельного сопротивления материала, из которого изготовлен элемент, его формы и размера.

Закон Ома применим как для участка цепи, так и для всей цепи, только в цепи надо учитывать внутреннее сопротивление источника (генератора, аккумулятора) – R_ВНУТ

.

Во внешней цепи к источнику подключаются нагрузки-сопротивления R_ВНЕШ, это осветительные лампы, облучатели, нагреватели, эл.двигатели. Величина

I_НАГР R_ВНЕШ = U_ИСТ,

где U_ИСТ — напряжение на выводах источника.

поэтому чаще всего пользуемся формулой для участка цепи

I_УЧ = U_УЧ / R_УЧ.

Мощность и работа электрического тока

Электроны, движущиеся в проводнике под действием разности потенциалов, сталкиваются с его атомами и передают им свою энергию. В результате элемент нагревается. Скорость, с которой электрическая энергия расходуется на нагревание проводника называется мощностью и измеряется в Ваттах, Вт = В∙А. По закону Ома U = I R или I = U/ R, поэтому формула мощности представляется в двух видах

P = U I = I RI = I² R; P = U I = U (U/ R) =U²/R;

где U — разность потенциалов по концам проводника.

Первой формулой удобно пользоваться при последовательном включении сопротивлений, а второй — при параллельном.

Произведение мощности на время дает работу. Работа, совершаемая электрическим током, измеряется в Вт∙часах (кВт∙часах). По закону Джоуля-Ленца при протекании тока I по проводнику работа равна

W = I² R t,

При изменяющемся токе энергия будет изменяться и ее количество. Если представить изменение тока в виде ступенек, то

,

где I_i — величина тока на i-ой ступени ; t_i — время протекания тока I_i .

Именно такое количество электроэнергии или теплоты тратится на нагрев проводника, по которому протекает ток. Закон Джоуля-Ленца гласит: Количество теплоты (электроэнергии), выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени протекания тока по проводнику.

Работу, которую совершает электрическая энергия в квартире, отражает счетчик активной энергии. Счетчик измеряет количество электроэнергии в киловатт-часах.

Измеряют силу тока амперметрами, а напряжения вольтметрами

1.4. Виды соединения резисторов