М
инистерство
образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
«Ижевский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»
(ФГОУ СПО «ИГПК»)
О. Г. Неустроев
Электротехника
Курс лекций
для специальностей
190604 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта
151001 Технология машиностроения
Ижевск
2010
Рассмотрено на заседании ЦК «Финансово-экономических и специальных дисциплин»
Протокол от «3» ноября 2010 г.
Председатель ЦК __________________ |
Одобрено методическим отделом
№ 80 от «10» ноября 2010 г.
Начальник отдела УМО _______________ |
Автор:
Неустроев О. Г. – преподаватель ФГОУ СПО «Ижевский государственный политехнический колледж»
Рецензент:
Щуклин П. А. – зав. лабораторией электротехники ФГОУ СПО «Ижевский государственный политехнический колледж»
Неустроев О. Г. Электротехника: курс лекций – Ижевск: редакционно-издательский отдел ФГОУ СПО «ИГПК», 2010. – 85 с.
© Неустроев О. Г., 2010.
© Редакционно-издательский отдел
ФГОУ «ИГПК», 2010.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Основы электротехники 4
4
2. Электрическое напряжение 6
3. Электрический ток 7
4. Электрическое сопротивление 10
5. Закон Ома 14
14
6. Мощность, работа, КПД 16
16
7. Схемы включения резисторов 17
8. Измерения в электрической цепи 19
9. Действия электрического тока 35
10. Защита от угрозы поражения электрическим током 37
11. Формирование напряжения 41
41
12. Переменное напряжение и переменный ток 47
47
13. Трехфазное переменное напряжение и трехфазный переменный ток 48
48
14. Электромагнетизм 50
50
15. Самоиндукция 52
52
16. Электрохимия 56
56
17. Электронные элементы 58
18. Диоды 61
61
19. Транзисторы 65
20. Тиристоры 70
21. Полупроводниковые резисторы 72
72
22. Оптоэлектроника 75
23. Интегральные схемы 80
80
Библиографический список 82
Основы электротехники
Электричество является одной из форм энергии: в сравнении с другими формами энергии, такими как тепло, свет, механическая и химическая энергия, оно обладает следующими преимуществами:
Большие количества энергии могут передаваться по надземным линиям электропередач на большие расстояния, в самые отдаленные области.
Электричество легко преобразуется в другие формы энергии, например, в тепло в устройствах предпускового разогрева, свет в лампах накаливания, механическую энергию в электродвигателях, химическую энергию при зарядке стартерной батареи.
Преобразование электрической энергии в другие формы энергии в значительной мере является экологически чистым процессом.
Основой для понимания электрических процессов является модель атома Бора (рис. 1). Атом представляет собой мельчайшую, химически более не делимую частицу материи.
Рис. 1. Строение атомов
Основными составными частями атома являются атомное ядро и электроны. Атомное ядро образуется из протонов и нейтронов.
Протоны – это положительно заряженные частицы. Например, ядро водорода состоит всего из одного протона. Он обладает наименьшим объемом положительного заряда, т.е. элементарным зарядом.
Нейтроны – это частицы, не имеющие заряда.
Электроны – это отрицательно заряженные частицы. Один отдельно взятый электрон обладает наименьшим объемом отрицательного заряда, т.е. элементарным зарядом.
Электроны являются носителями элементарных отрицательных, а протоны – элементарных положительных зарядов. Соответствующие элементарные заряды имеют одинаковую величину.
Электроны с большой скоростью (около 2200 км/с) движутся по круговым или эллиптическим орбитам вокруг атомного ядра (рис. 2). Возникающие при этом центробежные силы, воздействующие на отрицательно заряженные электроны, уравновешиваются силой притяжения положительно заряженных протонов.
Одноименно заряженные частицы взаимно притягиваются, а одноименно заряженные частицы – взаимно отталкиваются.
Если ядро какого-то атома содержит равное количество протонов и окружающих их электронов, то атом является электрически нейтральным по отношению к внешней среде.
Рис. 2. Строение атома лития
Кроме электронов, прочно связанных с атомным ядром, во всех веществах также имеются электроны, которые могут временно отделяться от своего атома и свободно двигаться между атомами. Такие электроны называются «свободными». Пока к веществу не будет подведена какая-то энергия извне, свободные электроны движутся беспорядочно, т.е. в их движении невозможно обнаружить никакого преобладающего направления (рис. 3).
Рис. 3. Беспорядочное движение свободных электронов
Электрические процессы основаны на наличии и подвижности свободных электронов. Электричество не генерируется, оно существует в каждом веществе.