Все по электронике от Мосина / Slides_Eltech_2015 (1-2)
.pdf
Лекция 1. Основные законы теории цепей
Основные понятия и величины электрической цепи
Электрический ток – направленное движение заряженных частиц. Величина тока i определяется скоростью изменения заряда q: i dq / dt
Впроводящей среде существует ток проводимости
iiпр J пр dS
S
где Jпр – плотность тока проводимости, которая при удельной проводимости среды пропорциональна напряженности электрического поля Е, т.е. Jпр = E.
© С. Г. Мосин, 2007-2015 |
21 |
Лекция 1. Основные законы теории цепей
Основные понятия и величины электрической цепи
Вдиэлектрике (изоляции) существует ток смещения
iiсм JсмdS
S
где Jсм – плотность тока смещения.
Плотность тока смещения определяется скоростью изменения вектора электрической индукции (смещения) D:
Jсм D / t, D a E, a 0 r
a – абсолютная диэлектрическая проницаемость;0 = 8,85*10–2 Ф/м – диэлектрическая постоянная;
r – относительная диэлектрическая проницаемость.
© С. Г. Мосин, 2007-2015 |
22 |
Лекция 1. Основные законы |
|
теории цепей |
|
Основные понятия и величины электрической цепи |
|
Ток переноса возникает под действием электрического поля |
|
E в свободном пространстве, заполненном зарядами с |
|
объемной плотностью Q, движущимися со скоростью v |
|
iпер JперdS, |
Jпер Qv |
S |
|
Jпер – плотность тока переноса. |
|
Результирующий ток i через поверхность S определяется |
|
плотностью полного тока |
|
J Jсм Jпр Jпер, i JdS. |
|
|
S |
© С. Г. Мосин, 2007-2015 |
23 |
Лекция 1. Основные законы |
|
теории цепей |
|
Основные понятия и величины электрической цепи |
|
Напряжение u12 |
представляет собой работу по перемещению |
единичного заряда между определенными точками 1 и 2 |
|
пространства |
|
|
2 |
|
u12 Edl |
|
1 |
где Е – напряженность поля, определяемая зарядами в |
|
рассматриваемой области. |
|
© С. Г. Мосин, 2007-2015 |
24 |
Лекция 1. Основные законы |
|
теории цепей |
|
Основные понятия и величины электрической цепи |
|
Электродвижущая сила (ЭДС) создается сторонними |
|
силами, под которыми понимают неэлектростатические силы, |
|
действие которых на электроны проводимости в проводнике |
|
вызывает их упорядоченное движение и поддерживает ток в |
|
цепи. Сторонние силы, в отличие от кулоновских, не |
|
соединяют разноименные заряды, а вызывают их разъедине- |
|
ние и поддерживают разность потенциалов на концах про |
|
водника. Суммарное действие электрического поля |
|
сторонних сил вдоль части контура L характеризуется ЭДС: |
|
e Eсторdl |
Eстор – неэлектростатическое электрическое |
L |
поле, вызванное сторонними силами. |
© С. Г. Мосин, 2007-2015 |
25 |
Лекция 1. Основные законы |
|
теории цепей |
|
Основные понятия и величины электрической цепи |
|
Напряжение, ЭДС и ток как функции времени u(t), e(t) и i(t) |
|
имеют смысл только в том случае, если заданы |
|
положительные направления их отсчета на участках цепи. |
|
Положительные направления обозначают либо стрелкой с |
|
указанием величины (а), либо порядком расположения |
|
индексов (б, в) |
|
© С. Г. Мосин, 2007-2015 |
26 |
Лекция 1. Основные законы |
|
теории цепей |
|
Основные понятия и величины электрической цепи |
|
Сопротивление ( R ) – идеализированный элемент, в котором |
|
энергия источника превращается в потери. |
|
Реальным элементом цепи, обладающим таким свойством, |
|
является резистор. |
|
В соответствии с законом Ома |
|
R = u /i |
|
Однако сопротивление не зависит ни от напряжения u, ни от |
|
тока i, а определяется удельным сопротивлением |
|
материала, длиной l и сечением S проводника |
l |
|
R S . |
© С. Г. Мосин, 2007-2015 |
27 |
Лекция 1. Основные законы |
|||
теории цепей |
|
|
|
Основные понятия и величины электрической цепи |
|||
Проводимость ( G ) – величина обратно пропорциональная |
|||
сопротивлению: |
G |
1 . |
|
Единица измерения – сименс (См = 1/Ом). |
|||
|
R |
||
|
|
||
В соответствии с законом Джоуля–Ленца мощность, |
|||
выделяющаяся на сопротивлении в виде тепла, равна: |
|||
Единица измерения – ватт (Вт). |
|
P i2 R |
|
|
|
||
За время Т на сопротивлении выделяется энергия: |
|
||
Единица измерения – джоуль (Дж). |
|
T |
|
|
|
||
|
W |
Pdt i2 RT. |
|
|
|
0 |
|
© С. Г. Мосин, 2007-2015 |
|
28 |
|
Лекция 1. Основные законы |
|
теории цепей |
|
Основные понятия и величины электрической цепи |
|
Индуктивность ( L ) – идеализированный элемент электричес- |
|
кой цепи, в котором энергия источника запасается в виде |
|
энергии магнитного поля и возвращается без потерь в источник. |
|
Реальным элементом цепи, обладающим таким свойством, |
|
является индуктивная катушка. |
|
Пусть в катушке протекает ток i. |
|
При этом будет создано магнитное |
|
поле, которое характеризуется |
|
магнитным потоком Ф. Потокосцепление – |
|
это произведение потока на число витков: |
|
Ф , где – число витков. |
|
© С. Г. Мосин, 2007-2015 |
29 |
Лекция 1. Основные законы |
|
|
|
|
|
|||
теории цепей |
|
|
|
|
|
|
|
|
Основные понятия и величины электрической цепи |
|
|
|
|||||
Величина индуктивности определяется отношением |
|
|
L |
|
|
|||
потокосцепления самоиндукции к току, его вызвавшему |
i |
|||||||
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
Единица измерения – генри (Гн). |
|
|
|
|
|
|
|
|
Однако индуктивность в линейной цепи не зависит ни от |
|
|
|
|||||
потокосцепления , ни от тока i: |
L |
2 |
, |
Rm |
lcp |
|||
R - магнитное сопротивление пути |
|
a S |
||||||
m |
|
Rm |
|
|
|
|||
замыкания потока самоиндукции; |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
lср – средняя длина пути замыкания потока самоиндукции; |
|
|
||||||
a = 0 r – абсолютная магнитная проницаемость пути |
|
|
|
|
||||
замыкания потока самоиндукции; |
= 4 10-7 Гн / м. |
|
|
|
|
|||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
S – площадь поперечного сечения магнитного сердечника. |
|
|
|
|||||
© С. Г. Мосин, 2007-2015 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|