25. Основные законы цепей постоянного тока. Техническое использование постоянного тока

Электрическим токам называется всякое упорядоченное движение электрических зарядов в пространстве.

Упорядоченное движение свободных зарядов, возникающее в проводнике под действием электрического поля называется током проводимости.

Упорядоченное движение электрических зарядов путем перемещения в пространстве заряженного тела называется конвекционным электрическим током.

За направление электрического тока принимается движение положительных зарядов. В действительности в металлических проводниках электрический ток создается движением электронов в противоположном направлении.

Силой тока называется количество электричества, проходящее через поверхность за единицу времени:

( 30)

Плотностью тока называется величина тока, проходящего через единичную площадь:

(31)

Ток называется постоянным, если его сила и направление не меняются с течением времени. Для постоянного тока

Носителями тока в металлах являются электроны проводимости. В классическом приближении эти электроны рассматриваются как электронный газ.

Законы постоянного тока.

Закон Ома.

Напряжение на участке цепи равно произведению его сопротивления R [Ом] на силу тока I, [А]:

(32)

При последовательном соединении резисторов

(33)

при параллельном соединении:

(34)

Мощность, выделяемая в проводнике равна: (35)

Энергия, выделяющаяся за время Т, равна: (36)

Правило Кирхгофа первое.

Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю: (37)

Правило Кирхгофа второе (правило контуров).

В любом замкнутом контуре сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме приложенных в нем э.д.с.

(38)

Емкость конденсатора равна:

(39)

где ₀ = 8,85 • 10^-12 Ф/м - диэлектрическая проницаемость вакуума,  - относительная диэлектрическая проницаемость изолятора между пластинами, S - площадь пластин, d - расстояние между ними.

При параллельном соединении конденсаторов:

(40)

При последовательном соединении:

(41)

Заряд, накопленный в конденсаторе:

(42)

где Q - заряд, Кл; С - емкость конденсатора, Ф; U - напряжение, В; I - зарядный ток, А; T - время заряда, с.

Энергия, запасенная в конденсаторе:

(43)

Величина индуктивности равна:

(44)

где ₀= 1,25 • 10~⁶, Гн/м - магнитная проницаемость вакуума;  - относительная магнитная проницаемость сердечника; S - площадь сердечника, м²; l - длина магнитной силовой линии, м;  - число витков провода на сердечнике.

При последовательном соединении индуктивностей:

(45)

При параллельном соединении:

(46)

Э.д.с самоиндукции:

(47)

Энергия, запасенная в индуктивности:

(48)

Постоянный ток используется в промышленности для силовых транспортных электродвигателей (электропоезда, трамвай, троллейбус, электрокары) в связи с возможностью широкого регулирования скорости вращения и изменения момента на валу ротора двигателя, а электролитических технологиях (производство алюминия, меди, нанесение покрытий).