1. Определение, назначение и область применения электротехники. Нетрадиционные источники энергии.

Электротехника как наука является областью знаний, в которой рассматриваются электрические и магнитные явления и их практическое использование.

Современная энергетика — это в основном электроэнергетика. Электрическая энергия вырабатывается на станциях электрическими генераторами, преобразовывается на подстанциях и распределяется по линиям электропередачи и электрическим сетям.

Электрическая энергия применяется во всех областях человеческой деятельности. Производственные установки на фабриках и заводах имеют в подавляющем большинстве электрический привод, т. е. приводятся в движение при помощи электрических двигателей. Для измерений наиболее широко используются электрические приборы и устройства. Измерения неэлектрических величин при помощи электрических устройств составляют особую дисциплину. Широко применяются электрические приборы и устройства в сельском хозяйстве, связи и в быту.

Производство электрических машин, трансформаторов, аппаратов, реле и других электротехнических устройств представляет собой одну из наиболее крупных областей промышленности.

2. Цепи постоянного тока. Обозначение источников энергии, приемников. Закон Ома для электрической цепи.

Электрическая цепь состоит из источников энергии, доставляющих энергию в цепь, и приемников, в которых энергия потребляется и преобразуется в другие виды энергии, а затем рассеивается или используется для различных практических целей.

Источниками энергии могут быть электрические генераторы, электрохимические источники, термопреобразователи и др. При исследовании процессов для простоты идеализируем источник энергии, т. е. исключаем из рассмотрения его параметры, которые не влияют вовсе или не оказывают существенного влияния на процесс. Например, исключаем из рассмотрения индуктивность обмоток и емкости между витками обмоток генератора, не влияющие на процесс протекания неизменного тока. Обычно электрический генератор изображают как последовательное соединение источника энергии и резистивного элемента с внутренним сопротивлением Гц.

Приемниками электрической энергии могут быть резисторы, электрические двигатели, заряжаемые аккумуляторы, электролизные ванны и др. Каким бы ни был приемник, его всегда можно представить в виде идеального резистивного элемента, т. е. элемента, обладающего только сопротивлением, или резистивного элемента и источника ЭДС.

Если в состав приемника входят один или несколько элементов, которые характеризуются только определенными сопротивлениями, например нагревательные элементы, то их можно рассматривать и представлять на схеме в виде идеальных резисторов. Такой приемник называется пассивным. Если в состав приемника входят один или несколько элементов с источниками ЭДС, то такой приемник называется активным.

На схеме электрической цепи изображаются источники энергии и приемники, соединенные между собой последовательно или параллельно. Могут изображаться и отдельные участки цепи. В таком виде мы получаем схему замещения электрической цепи, где изображены идеальные элементы. Различают источники ЭДС и источники тока. Идеальный источник ЭДС имеет неизменные ЭДС и напряжение на зажимах при всех токах нагрузки. У реального источника ЭДС и напряжение на зажимах изменяются при изменениях нагрузки, например вследствие падения напряжения в обмотках и внутренних процессов в электрическом генераторе. Это учитывается последовательным включением резистора.

В общем случае сила тока I, протекающего через поверхность х, будет равна интегралу скалярных произведений векторов плотности тока 1 на векторы, перпендикулярные элементарным площадкам рассматриваемой поверхности ds: . Если плотности тока J одинаковы во всех точках поперечного сечения проводника, то . В однородной изотропной среде составляющая средней скорости упорядоченного движения электронов пропорциональна напряженности электрического поля и имеет с ним одинаковое направление, поэтому вектор плотности тока определится как , где - удельная электрическая проводимость.

В другом виде , где — удельное электрическое сопротивление материала проводника. Из простых соображений выведено выражение закона Ома, полученное Г. Омом экспериментально. Равенство является выражением закона в общем виде.

Напряжение между сечениями А и В, складывающееся из напряжений на отдельных элементарных участках, определится в данном случае как . Подставляя в это равенство выражение для Е и принимая для рассматриваемого проводника , получим , где — сопротивление проводника длиной I и площадью поперечного сечения s.