32) Электрический Ток в Полупроводниках
Полупроводниками назвали класс веществ, у которых с повышением температуры увеличивается проводимость, уменьшается электрическое сопротивление. Этим полупроводники принципиально отличаются от металлов.
Типичными полупроводниками являются кристаллы германия и кремния, в которых атомы объединены кова-лентной связью. При любых температурах в полупроводниках имеются свободные электроны. Свободные электроны под действием внешнего электрического поля могут перемещаться в кристалле, создавая электронный ток проводимости. Удаление электрона с внешней оболочки одного из атомов кристаллической решетки приводит к превращению этого атома в положительный ион. Этот ион может нейтрализоваться, захватив электрон у одного из соседних атомов. Далее, в результате переходов электронов от атомов к положительным ионам происходит процесс хаотического перемещения в кристалле места с недостающим электроном. Внешне этот процесс воспринимается как перемещение положительного электрического заряда, называемого дыркой.
При помещении кристалла в электрическое поле возникает упорядоченное движение дырок - дырочный ток проводимости.
В идеальном полупроводниковом кристалле электрический ток создается движением равного количества отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных дырок. Проводимость в идеальных полупроводниках называется собственной проводимостью.
Свойства полупроводников сильно зависят от содержания примесей. Примеси бывают двух типов - донорные и акцепторные.
Примеси, отдающие электроны и создающие электронную проводимость, называются донорными (примеси, имеющие валентность больше, чем у основного полупроводника). Полупроводники, в которых концентрация электронов превышает концентрацию дырок, называют полупроводниками n-типа.
Примеси, захватывающие электроны и создающие тем самым подвижные дырки, не увеличивая при этом число электронов проводимости, называют акцепторными (примеси имеющие валентность меньше, чем у основного полупроводника).
33) Коэффициент мощности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя тока, с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, на сколько сдвинут по фазе ток, протекающий через потребитель электроэнергии, относительно приложенного к потребителю напряжения. Численно, коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига. Можно показать, что, если источник синусоидального сигнала (например розетка 220В, 50Гц) нагрузить на нагрузку, в которой ток опережает или отстаёт по фазе на некоторый угол от напряжения, то на внутреннем сопротивлении источника, выделяется повышенная мощность. На практике это означает, что при работе на нагрузку со сдвинутыми напряжением и током, от электростанции требуется больше энергии, избыток выделяется в виде тепла на проводах и может
Равен отношению потребляемой электроприёмником активной мощности к полной мощности. Активная мощность расходуется на совершение работы. Полная мощность — геометрическая сумма активной и реактивной мощностей (в случае синусоидальных тока и напряжения). В общем случае полную мощность можно определить как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения в цепи. Полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и неактивной мощностей. В качестве единицы измерения полной мощности принято использовать вольт-ампер (В∙А) вместо ватта (Вт).
34)Ёмкость в цепи перемен тока Ток и напряжение. В цепи постоянного тока емкость (идеальный конденсатор) имеет сопротивление бесконечно большое, так как после окончания процесса заряда такой конденсатор не пропускает электрический ток. Однако при подключении емкости к источнику переменного тока (рис. 191,а) происходит непрерывный процесс его заряда и разряда, при этом через емкость проходит переменный ток.
Ток i при включении в цепь переменного тока емкости определяется количеством электричества q, проходящим по этой цепи в единицу времени. Следовательно,
i = ?q / ?t
где ?q — изменение количества электричества (заряда q) за время ?t.
Количество электричества q, накопленное в конденсаторе при изменении напряжения и, также непрерывно изменяется. Поэтому, учитывая формулу (69), будем иметь:
i = C ?u / ?t
где ?u — изменение напряжения и за время ?t.
Из рис. 191,б видно, что скорость изменения напряжения ?u/?t будет наибольшей в моменты времени, когда угол ?t равен 0; 180 и 360°. Следовательно, в эти моменты времени ток i имеет максимальное значение. В моменты же времени, когда угол ?t равен 90° и 270°, скорость изменения напряжения ?u/?t = 0 и поэтому i = 0.
В течение первой четверти периода происходит заряд емкости и в цепи течет ток заряда, который считаем положительным. При этом по мере заряда емкости и увеличения разности потенциалов на электродах ток i уменьшается. При ?t = 90° емкость полностью заряжается, разность потенциалов на электродах становится равной напряжению и источника и ток i = 0.
35)Электрич ток в электролитах Закон электролиза. Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами. Вода и кристаллы хлорида меди практически не проводят электрический ток. Раствор хлорида меди в воде является хорошим проводником. При прохождении электрического тока через водный раствор хлорида меди у положительного электрода, называемого анодом, выделяется газообразный хлор. На отрицательном электроде, называемом катодом, выделяется медь. Изменение химического состава раствора или расплава при прохождении через него электрического тока, обусловленное потерей или присоединением электронов ионами, называется электролизом. Фарадей установил, что при прохождении электрического тока через электролит масса m вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду , прошедшему через электролит:
36) Энергия хар. Поля энергетическая характеристика поля - потенциал (фи-скаляр), если он известен, то можно найти энергию которую приобретает любой заряд внесенный в любую точку поля по отношению к избранному зарание нулевому значению (чаще всего нулевое значение энергии приписывают бесконечно удаленной точке) U = фи*g
37) Закон Био́—Савара—Лапла́са— физический закон для определения вектора индукции магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током. Был установлен экспериментально в 1820 году Био и Саваром и сформулирован в общем виде Лапласом. Лаплас показал также, что с помощью этого закона можно вычислить магнитное поле движущегося точечного заряда (считая движение одной заряженной частицы током).
Закон Био—Савара—Лапласа играет в магнитостатике ту же роль, что и закон Кулона в электростатике. Закон Био—Савара—Лапласа можно считать главным законом магнитостатики, получая из него остальные ее результаты.
В современной формулировке закон Био—Савара—Лапласа чаще рассматривают как следствие двух уравнений Максвелла для магнитного поля при условии постоянства электрического поля, т.е. в современной формулировке уравнения Максвелла выступают как более фундаментальные (прежде всего хотя бы потому, что формулу Био—Савара—Лапласа нельзя просто обобщить на общий случай полей, зависящих от времени).
38) Энергетическая цепь с индук Индуктивное сопротивление. Сопротивление катушки или проводника переменному току, вызванное действием э. д. с. самоиндукции, называется индуктивным сопротивлением. Оно обозначается XL и измеряется в омах. Физическая природа индуктивного сопротивления совершенно другая, чем активного. Э. д. с. самоиндукции eL направлена против приложенного напряжения u, которое заставляет изменяться ток; согласно закону Ленца она препятствует изменению тока i, т. е. оказывает прохождению переменного тока определенное сопротивление. Чем большая э. д. с. самоиндукции eL индуцируется в проводнике (катушке), тем большее они имеют индуктивное сопротивление XL. Э. д. с. самоиндукции согласно формуле (68) прямо пропорциональна индуктивности L и скорости изменения тока ?i/?t, т. е. частоте его изменения f (значению ?). Поэтому индуктивное сопротивление XL = ?L Следовательно, индуктивное сопротивление не зависит от материала, из которого изготовлен проводник (катушка), и от площади поперечного сечения проводника. Закон Ома для цепи с индуктивностью I = U / xL = U / (?L)
39) Преспектив. развития элетро энергетики РФ,РБ. Преспектив. развития элетро энергетики РФ,РБ Масштабы и темпы развития электроэнергетики страны в рыночных условиях в будут определяться особенностями развития экономики, эффективностью энергоиспользования и динамикой цен на энергоносители. Прогнозируемый спрос на электроэнергию с учетом энергосбережения к 2010 году оценивается величиной порядка 930 млрд кВт-ч. Установленная мощность электростанций России к 2010 году оценивается в 232 млн кВт, в том числе АЭС — 25 млн кВт, ГЭС и ГАЭС — около 50 млн кВт, а ТЭС — порядка 157 млн кВт. Намечаемые вводы генерирующих мощностей на электростанциях с учетом замены оборудования, выработавшего свой ресурс, в период 1999-2010 годов составят около 50 млн кВт. Обновление основных производственных фондов электростанций будет осуществляться прежде всего за счет технического перевооружения и реконструкции оборудования, стоимость которых на 30% ниже стоимости нового строительства. Экспортный потенциал электроэнергетики России составляет 40-50 млрд кВт-ч. Существующая энергетическая база страны при ее надлежащей работоспособности позволяет обеспечить ожидаемую потребность в электроэнергии в целом по России на период до 2010 года и реализовать указанный экспортный потенциал. Развитие основной электрической сети ЕЭС России в ближайшей перспективе будет связано, в первую очередь, с обеспечением энергетической независимости отдельных регионов России, обеспечением надежной выдачи мощности электростанций и надежного электроснабжения потребителей, а также с усилением межсистемных связей в объеме, повышающем уровень взаимного резервирования объединенных электроэнергетических систем. Для выдачи мощности электростанций, повышения надежности электроснабжения потребителей и эффективности функционирования формирующегося рынка электроэнергии и мощности потребуется ввод линий электропередачи напряжением 330, 500, 750 и 1150 кВ, сооружение которых намечено или уже частично осуществляется в различных регионах России. Необходимый объем вводов электрических сетей напряжением 330 кВ и выше оценивается величиной более 20 тыс. км. Намечаемые масштабы развития электроэнергетики потребуют значительных инвестиций, которые за период до 2010 года оцениваются величиной более 70 млрд долл. США. Основной целью Схемы и программы развития электроэнергетики Республики Башкортостан является создание эффективной и сбалансированной энергетической инфраструктуры, обеспечивающей социально-экономическое развитие региона и эффективное использование энергетических ресурсов на территории республики. Разработанная Программа предполагает реализацию технических решений, направленных на развитие энергосистемы, обеспечение удовлетворения долгосрочного и среднесрочного спроса на электрическую энергию и мощность. Программа включает перспективные балансы производства и потребления электрической энергии и мощности в границах республики, информацию о существующих и планируемых к вводу в эксплуатацию электростанциях установленной мощностью 5 МВт и выше, электросетевых объектов класса напряжения 110 кВ и выше, а также сводные данные о развитии электрической сети класса напряжения менее 110 кВ. В частности, в период до 2016 года предусмотрены строительство и ввод в работу: двух энергоблоков мощностью по 220 МВт на Уфимской ТЭЦ-5; кабельной линии электропередачи 110 кВ Сипайлово – Ишимская; воздушно-кабельной линии электропередачи 110 кВ Уфа-Южная – Солнечная; воздушно-кабельной линии электропередачи 110 кВ Затон – Набережная; воздушной линии электропередачи 110 кВ Приуфимская ТЭЦ – СПП. Реализация данных мероприятий повысит надежность электроснабжения потребителей в энергодефицитном Уфимском энергорайоне.
40) Выпримители и детекторы Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.[1][2]
Большинство выпрямителей создаёт не постоянные, а пульсирующие однонаправленные напряжение и ток, для сглаживания пульсаций которых применяют фильтры.
Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянных напряжения и тока в переменные напряжение и ток — называется инвертором.
Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины (справедливо только для инвертора на базе электрической машины).
Одним из основных элементов электронного вольтметра переменного напряжения является выпрямитель (детектор) – преобразователь переменного напряжения в постоянное. Именно особенности детектора в значительной мере определяют функциональные возможности и характеристики вольтметра. В зависимости от назначения вольтметра используются различные схемы детекторов: - амплитудного значения; - среднего выпрямленного значения; - среднего квадратического (действующего) значения.
41) передача и распределение электрической энергии Электрическую энергию, вырабатываемую на электростанциях, необходимо передать в места её потребления, прежде всего в крупные промышленные центры страны, которые удалены от мощных электростанций на многие сотни, а иногда и тысячи километров. Но электроэнергию недостаточно передать. Её необходимо распределить среди множества разнообразных потребителей – промышленных предприятий, транспорта, жилых зданий и т.д. Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500кВт и более), чем обеспечиваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи и получается большая экономия материалов за счёт сокращения сечений проводов. Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится повышать и понижать напряжение. Этот процесс выполняется посредством электромагнитных устройств, называемых трансформаторами. Трансформатор не является электрической машиной, т.к. его работа не связана с преобразованием электрической энергии в механическую и наоборот; он преобразует лишь напряжение электрической энергии. Повышение напряжения осуществляется при помощи повышающих трансформаторов на электростанциях, а понижение – при помощи понижающих трансформаторов на подстанциях у потребителей. Распределение электроэнергии производится с помощью электропроводок – совокупности проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями, поддерживающими и защитными конструкциями. Для передачи и распределения электроэнергии широко применяются силовые кабели в резиновой, свинцовой оболочке; небронированные и бронированные. Кабели могут укладываться в кабельные каналы, укрепляться на стенах, в земляных траншеях, заделываться в стены.