Основи електротехніки.

Умовні позначення:

R Резистор, опір. Емітер база

Транзистор.

R Колектор

Вольтметр. Діод.

R Амперметр.

Трансформатор

Реостат, змінний опір.

Мікросхема.

Котушка.

Конденсатор. Джерело постійного струму.

Конденсатор змін-

ної емності. Джерело змінного струму.

Параграф 1. Дійові значення напруги і сили струму.

У попередній темі ми вже вивчали, що змінний ел. струм виробляти дешевше, ніж постійний. Причиною цього є те, що на електростанціях магніти або замкнені рамки обертають, наприклад, природнім рухом води. Уся побутова та промислова техніка розрахована на змінний струм. Електротехніки вимушені користуватися і володіти нелінійними рівняннями, які описують змінні напругу та струм. З ними ми ознайомилися у темі «Коливання і хвилі».

Але коли необхідно полагодити холодильник або телевізор, то майстер не буде використовувати нелінійні рівняння, брати похідну, інтегрувати. Існують спрощені формули для обчислення напруги і сили струму.

Дійове значення змінної напруги дорівнює максимальному значенню напруги,

розділеному на корінь з двох.

Дійове значення змінного струму дорівнює максимальному значенню струму,

розділеному на корінь з двох.

Що таке «дійове значення»?

При змінній силі струму, який існує у мережі, електрони рухаються не в одному напрямку, а виконують коливальний рух. На своєму шляху електрон зіштовхується з молекулами провідника і виконує роботу. Електрон передає частину своєї кінетичної енергії молекулам провідника, які починають швидше рухатись. Від цього збільшується температура провідника (нагрівається електроплитка) або утворюється електромагнітне випромінювання (лампа світить)

Але електрон рухається з різною швидкистю, навіть якусь мить його швидкість дорівнює нулю, коли електрон змінює напрямок свого руху. Тому електрон виконує якесь середнє значення роботи.

Дійове значення напруги – це середне значення змінної напруги.

Дійове значення сили струму – це середне значення змінного струму.

Формули отримуються складним інтегруванням, тому в даному курсі їх доведення не розглядається.

Параграф 2. Реактивний і активний опори. Індуктивний та ємкісний опори.

Котушка і конденсатор у колі змінного струму.

Активний опір – передбачає витрату та перетворення електричної енергії.

Реактивний опір – повертає енергію назад в генератор, тим самим , зменшуючи силу струму

І активний, і реактивний опори зменьшують силу струму, але різними способами.

Активний опір зменьшує силу струму так :електрони, зіштовхуючись з молекулами провідника передають їм частину своєї кінетичної енергії, яка перетворюється у інші види енергії. Наприклад теплову(електронагрівач), механічну( електромотор), світлового випромінювання(телевізор).Звичайний опір R[Ом], який відомий вам з закону Ома, - активний.

Реактивний опір –зменьшує силу струму магнітними або електричними полями, які протидіють ЕРС та повертають енергію у генератор .

Реактивний опір буває індуктивний та ємкісний. Індуктивний опір має котушка у колі змінного струму. Ємкісний опір має конденсатор у колі змінного струму.

Котушка у колі змінного струму. Реактивний індуктивний опір.

XL= ωL [Ом]

XL – індуктивний опір вимірюється, як і звичайний в Омах.

ω – циклічна частота змінного струму. Нагадаємо ω = 2 π ν

L - індуктивність котушки [Гн]

Як ми бачимо з формули, чим більше циклічна частота ω , тим більше індуктивний опір XL. Котушка своїм магнітним полем чинить опір зміні швидкості електронів, що рухаються в ній. Нагадаємо, що у колі змінного струму електрони виконують коливальний рух у провіднику, тобто весь час змінюють швидкість та напрямок руху.

Можна провести аналогію. Індуктивність котушки L виконує у електротехніці ту ж саму роль, що і інерція у механиці.

Δ X 0 Δ X

Точка, до якої повинна Точка, до якої

долетіти кулька, згідно реально долітає

витраченій енергії. кулька

Нехай дві людини позмінно дують на кульку. Змінні струми повітря символізують змінну електрорушійну силу. Кулька виконує коливальний рух (як електрон у колі змінного струму). Чим більше буде частота зміни напрямку вітру, тим з меньшою амплітудою буде коливатися кулька. Інертність кульки не дає кульці швидко змінювати напрямок руху. Так само і котушка своїм магнітним полем протидіє руху електрона, зменьшує його амплітуду руху, тим самим, зменьшуючи силу струму.

Конденсатор у колі змінного струму. Реактивний ємкісний опір.

Хс-ємкісний опір, вимірюється в Омах.

ω –циклічна частота змінного струму.

С –електроємність конденсатора, вимірюється в Фарадах [Ф].

Як ми бачимо з формули, чим більше циклічна частота ω , тим меншьший ємкісний опір ХС.

Конденсатор своїм електричним полем протидіє ЕРС змінного джерела живлення, тим самим зменшуючи силу струму (ємкісний опір). Але конденсатор весь час перезаряджається, тому у провідниках, що з’єднують джерело живлення з обкладинками, рухаються електрони і з джерела живлення і з обкладинок конденсатора. Чим більше частота ω, тим більше електронів рухається у провіднику, тим більше силаструму ( за рахунок більшої кількості електронів у провіднику).

Нехай дві людини позмінно кидають кульки. Чим більша частота чередування кидків, тим більше кульок заходиться у повітрі. Але кульки все ж таки зіштовхуються, тому зустрічно спрямовані кульки все ж таки чинять один одному опір. (Одна людина символізує обкладинку конденсатора, а їнша –один з контактів змінного джерела живлення).

Роздивимось графік.

U(t), I (t) На малюнку накладено два графіки U(t) –тонка

Δ косинусоїда та I(t) –жирна синусоіда. Сила струму

відстає від напруги на π/2. Але амплітуда напруги

більше ніж амплітуда сили струму на Δ за рахунок

t реактивного опору (індуктивного або ємкісного).

Крім реактивного опору конденсатор і котушка

Δ мають і активний опір R[Ом].

На схемі активний опір умовно зображується як окремий резистор.

R L R C R C L

U U U U U U

Котушка в колі змінного струму. Конденсатор у колі змінного струму. Конденсатор, котушка в колі змінного струму

П овний реактивний опір дорівнює ( ) . Зверніть увагу на знак мінус перед ємкісним опором. Закон Ома справедливий для повного опору.

Параграф 3. Принцип радіозв’язку. Радіо О. Попова.

Загальний принцип радіозв’язку було винайдено у 1895 році Олександром Степановичем Поповим.. Майже водночас, італієць Г.Марконі передав сигнал за допомогою азбуки Морзе.

Енергія електромагнітної хвилі не використовується для ії відтворення, а використовується на передачу інформації на підсилювач, що несе на собі єл.маг. хвиля. Попов розробив досить складну систему підсилення сигналу. Зараз ця система замінюється простим транзистором. Нагадаємо, транзистор керує великимь струмом за допомогою малого та навпаки. Сам принцип радіозв’язку можна пояснити на простому прикладі. До нашої оселі йде телерадіосигнал (в ефірі або по кабелю). Але те, що ми бачимо на екрані телевізора, відтворюється у нашому телевізорі, виходячи з інформації телерадіосигналу.

9 7 Прилад Попова було влаштовано так: Радіосигнал 1 викликав

1 2 індукційний струм у антені 2. Цей струм, проходячи через ме-

талеві ошурки у корегері 3 , зліплює їх і коло замикається.Батарейка 4

8 подає струм на магніт 5 , який збільшує своє магнітне поле і притягує

6 релє 6. У свою чергу, релє 6 замикає друге коло, яке з’єднано з магні-

3 том 7 та молоточком 8. Цей молоточок 8 виконує дві функції: вдаряє по

дзвіночку 9 та по корегеру 3, струшуючи і розбиваючи ошурки. Ошур-

5 роз’єднуються і коло розмикається. Система готова прийняти нову

4 10 електромагнітну хвилю.Дзвіночок видавав довгі та короткі сигнали за

азбукою Морзе. Тепер корегер замінено транзистором. Як бачимо, енергія хвилі 1не використовується для того, щоб дзвонив дзвіночок 9, а використовується для інформації коли вмикати та вимикати батарейку 4.