Электроснабжение / Lektsia_2_SB

№2 Электрическая энергия. Цепи постоянного тока

Главное открытие Эрстеда - теоретическое обоснование существования электромагнитных волн. Зимой 1819—1820 учебного года Эрстед на лекции в университете демонстрировал нагрев проволоки электричеством от вольтова столба, для чего составил электрическую, или, как тогда говорили, гальваническую цепь. На демонстрационном столе находился морской компас, поверх стеклянной крышки которого проходил один из проводов. Вдруг кто-то из студентов (или аспирант, или он сам) случайно заметил, что, когда Эрстед замкнул цепь, магнитная стрелка компаса отклонилась в сторону.

Дальше проверяет действие проводников из различных металлов: платины, золота, серебра, латуни, свинца, железа. Все они приобретали магнитные свойства, когда через них протекал электрический ток. Экранирование стрелки от провода стеклом, деревом, смолой, гончарной глиной, камнями не дало положительного эффекта.

Когда соединительную проволоку Эрстед ставил вертикально, то магнитная стрелка совсем не указывала на неё, а располагалась как бы по касательной к окружности с центром по оси проволоки. Исследователь предложил считать действие проволоки с током вихревым, так как именно вихрям свойственно действовать в противоположных направлениях на двух концах одного диаметра.

Астахов С.М.

№2 Электрическая энергия. Цепи постоянного тока

Андре-́Мари́Ампер́

(фр. André-Marie Ampère)

20 января 1775 — 10 июня 1836

знаменитый французский физик, математик и естествоиспытатель

Астахов С.М.

№2 Электрическая энергия. Цепи постоянного тока

В1820 он установил правило для определения направления действия магнитного поля на магнитную стрелку, известное ныне как правило Ампера; провёл множество опытов по исследованию взаимодействия между магнитом и электрическим током; для этих целей создал ряд приборов; обнаружил, что магнитное поле Земли влияет на движущиеся проводники с током. В том же году открыл взаимодействие между электрическими токами, сформулировал закон этого явления (закон Ампера), развил теорию магнетизма, предложил использовать электромагнитные процессы для передачи сигналов.

В1822 Ампером был открыт магнитный эффект соленоида (катушки с током), откуда следовала идея эквивалентности соленоида постоянному магниту. Также им было предложено усиливать магнитное поле с помощью железного сердечника, помещаемого внутрь соленоида. Идеи Ампера были изложены им в работах «Свод электродинамических наблюдений», «Краткий курс теории электродинамических явлений», «Теория электродинамических явлений». В 1826 году им была доказана теорема о циркуляции магнитного поля. В 1829 Ампер изобрел такие устройства как коммутатор и электромагнитный телеграф.

Вчесть учёного единица силы электрического тока названа «ампером», а

соответствующие измерительные приборы — «амперметрами».

Астахов С.М.

№2 Электрическая энергия. Цепи постоянного тока

Гео́рг Си́мон Ом

(нем. Georg Simon Ohm)

16 марта 1789 – 6 июля 1854

знаменитый немецкий физик

Астахов С.М.

№2 Электрическая энергия. Цепи постоянного тока

Наиболее известные работы Ома касались вопросов о прохождении электрического тока и привели к знаменитому «закону Ома», связывающему сопротивление цепи электрического тока, напряжение и силу тока. В первой его учёной работе («Vorläufige Anzeige des Gesetzes, nach welchem Metalle die

Contactelectricitätleiten», 1825) Ом опытно исследует эти явления, но, по несовершенству приборов, приходит к ошибочному результату. В

последующей работе («Bestimmung des Gesetzes, nach welchem Metalle die

Contactelektricitätleiten», 1826) Ом формулирует свой знаменитый закон и затем все свои работы по этому вопросу объединяет в книге: «Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet» (Б., 1827; переиздано Мозером в Лейпциге,

1887; переведено на языки английский в 1841 г., итальянский в 1847 г. и французский в 1860 г.), в которой даёт и теоретический вывод своего закона, исходя из теории, аналогичной теории теплопроводности Фурье. Несмотря на важность этих работ они прошли незамеченными и были встречены даже враждебно, и лишь когда Пулье во Франции снова пришёл (1831-37), опытным путём, к тем же результатам, закон Ома был принят учёным миром, и Лондонское королевское общество на заседании 30 ноября 1841 г. наградило Ома медалью Копли.

Открытие Ома, давшее впервые возможность количественно рассмотреть явления электрического тока.

Астахов С.М.

№2 Электрическая энергия. Цепи постоянного тока

Элементы электрической цепи постоянного тока

Постоянный ток применяется при электрохимическом получении алюминия, на городском и железнодорожном электротранспорте, в электронике, медицине и других областях науки и техники.

Быстрыми темпами развиваются и совершенствуются различные типы источников электрической энергии постоянного тока. Так, солнечные батареи и фотоэлементы служат основными источниками энергии космических аппаратов в автономном полете.

Электрическая цепь, это, постоянного тока в общем случае содержит источники электрической энергии, приемники электрической энергии, измерительные приборы, коммутационную аппаратуру, соединительные линии и провода.

Висточниках электрической энергии осуществляется преобразование в электрическую энергию каких-либо других видов энергии, например энергии химических процессов в гальванических элементах и аккумуляторах, тепловой энергии в термопреобразователях на основе термопар.

Вприемниках электрической энергии электрическая энергия пре-

образуется, например, в механическую (двигатели постоянного тока), тепловую (электрические печи), химическую (электролизные ванны).

Астахов С.М.

№2 Электрическая энергия. Цепи постоянного тока

Коммутационная аппаратура, линии и измерительные приборы служат для передачи электрической энергии от источников, распределения ее между приемниками и контроля режима работы всех электротехнических устройств.

Графическое изображение электрической цепи называется схемой. Различают несколько способов изображения цепи.

Астахов С.М.

№2 Электрическая энергия. Цепи постоянного тока

На рисунке в качестве примера показано эскизное изображение электротехнических устройств и способа их соединения в простейшей цепи постоянного тока. При замыкании рубильника 1 к лампе накаливания 2 — приемнику электрической энергии — подключается источник электрической энергии постоянного тока — аккумуляторная батарея 3. Для контроля режима приемника энергии включены амперметр 4 и вольтметр 5. Но натурное изображение электротехнических устройств и их соединений приводит к громоздким и трудоемким чертежам.

Астахов С.М.

№2 Электрическая энергия. Цепи постоянного тока

Изображение цепи можно упростить, если каждое электротехническое устройство заменить (согласно ГОСТам) его условным обозначением. Такие графические изображения цепей на-

зываются принципиальными схемами. Принципиальная схема показывает назначение электротехнических устройств и их взаимодействие, но неудобна при расчетах режима работы цепи.

Астахов С.М.

№2 Электрическая энергия. Цепи постоянного тока

Для того чтобы выполнить расчет, необходимо каждое из электротехнических устройств представить его схемой замещения.

Схема замещения электрической цепи состоит из совокупности различных идеализированных элементов, выбранных так, чтобы можно было с заданным или необходимым приближением описать процессы в цепи.

Конфигурация схемы замещения цепи определяется следующими геометрическими (топологическими) понятиями: ветвь, узел, контур.

Ветвь схемы состоит из одного или нескольких последовательно соединенных элементов, каждый из которых имеет два вывода (начало и конец), причем к концу каждого предыдущего элемента присоединяется начало следующего.

В узле схемы соединяются три или большее число ветвей.

Контур — замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям так, что ни одна ветвь и ни один узел не встречается больше одного раза.

Астахов С.М.