- •Програма курсу “теоретичні основи електротехніки” (частина і)
- •1. Електричні кола постійного струму
- •1.1. Елементарні електричні заряди й електромагнітне поле як особливий вид матерії
- •1.2. Електростатичне поле. Напруженість поля
- •1.3. Зв'язок зарядів тіл з їх електричним полем. Теорема Гаусса. Постулат Максвелла
- •Значення ε для деяких діелектриків
- •1.4. Електрична напруга. Потенціал, різниця потенціалів. Електрорушійна сила
- •1.5. Електричний струм і принцип його неперервності
- •1.6. Опір провідника. Питомий опір. Провідність. Питома провідність
- •Значення ρ, γ і α деяких провідникових матеріалів
- •1.7. Енергія та потужність в електричному колі.
- •1.8. Провідники, напівпровідники та діелектрики.
- •Електрична міцність деяких ізоляційних матеріалів
- •1.9. Елементи електричних кіл
- •1.25. Двополюсники, чотириполюсники та багатополюсники електричних кіл
- •1.10. Основні закони електричних кіл
- •1.11. Еквівалентне перетворення опорів
- •1.11.1. Послідовне сполучення резисторів
- •1.11.2. Паралельне сполучення резисторів
- •1.11.3. Змішане сполучення резисторів
- •1 .11.4. Взаємне еквівалентне перетворення резисторів, сполучених трикутником та зіркою
- •1.12. Методи розрахунку електричних кіл постійного струму
- •1.12.1. Метод перетворення
- •1.12.2. Метод рівнянь Кірхгофа
- •1.12.3. Метод контурних струмів
- •1.12.4. Метод вузлових напруг
- •1.12.4.1. Заміна декількох паралельних віток з джерелами ерс, одною еквівалентною віткою
- •1.12.5. Метод накладання
- •1.12.6. Метод еквівалентного генератора
- •1.13. Пересилання електроенергії постійного струму по двопровідній лінії
- •1.14. Нелінійні кола постійного струму
- •1.14.1. Загальні визначення. Статичний та динамічний опори нелінійних елементів
- •1.14.2. Графоаналітичний метод розрахунку нелінійних кіл
- •1.14.3. Аналітичний метод розрахунку нелінійних кіл
- •2. Електрична ємність
- •2.1. Електрична ємність тіл
- •2.2. Конденсатори. Струм конденсатора. Енергія електричного поля
- •2.3. Послідовне і паралельне з'єднання конденсаторів
- •3. Магнітні кола
- •3.1. Основні фізичні величини магнітного поля
- •3.1.2. Магнітний потік (ф)
- •3.1.3. Намагніченість речовин (j). Напруженість магнітного поля (h). Магнітна проникність (μ)
- •3.2. Закон повного струму
- •3.3. Феромагнітні матеріали
- •3.3.1. Деякі властивості феромагнітних матеріалів
- •3.3.2. Класифікація феромагнітних матеріалів.
- •3.4. Основні закони магнітних кіл. Розрахунок магнітного кола
- •3.5. Закон електромагнітної індукції. Правило Ленца
- •3.6. Котушка індуктивності. Потокозчеплення. Ерс самоіндукції. Енергія магнітного поля.
- •3.7. Індуктивно зв'язані котушки
- •4. Електричні кола змінного синусоїдного струму
- •Генерування синусоїдної ерс. Миттєві, амплітудні, діючі та середні значення ерс, напруг та струмів
- •4.2. Векторне відображення синусоїдних величин. Векторні діаграми
- •4.3. Резистивний, індуктивний та ємнісний опори в колі синусоїдного струму
- •4.4. Послідовне з'єднання резистивного, індуктивного та ємнісного опорів у колі синусоїдного струму. Закон Ома в класичній формі. Трикутник опорів. Коефіцієнт потужності cos φ
- •4.5. Потужність в колі послідовного з'єднання резистивного r і реактивного X опорів
- •4.6. Паралельне з'єднання приймачів у колі змінного струму
- •4.7. Мішане сполучення приймачів
- •4 Рис. 4.18. До визначення резонансу в електричному колі .8. Резонанс в електричних колах
- •4.8.1. Резонанс у колі з послідовним сполученням елементів r, l, с (резонанс напруг)
- •4.8.2. Резонанс у колі з паралельним сполученням елементів r, l, с (резонанс струмів)
- •4.9. Символічний метод розрахунку електричних кіл синусоїдного струму
- •Деякі положення комплексного числення
- •4) Ділення комплексних чисел
- •5) Піднесення комплексного числа до степеня
- •4.9.2. Символічне (комплексне) відображення синусоїдних величин
- •4.9.3. Закони Ома та Кірхгофа в комплексній формі. Комплексні опори та провідності
- •4.9.4. Комплексна потужність
- •4.9.5. Методи розрахунку електричних кіл змінного струму
- •4.9.6. Кола з взаємоіндуктивно зв'язаними котушками
- •Основна література:
- •Додаткова література:
- •Контрольні завдання Завдання 1. Розрахунок складного лінійного кола постійного струму
- •1.2.Зміст роботи:
- •1.4. Методичні вказівки:
- •Завдання 2. Розгалужене коло синусоїдального струму
- •2.2. Зміст роботи:
- •2.4. Приклад виконання завдання 2:
- •Питання до екзамену
Значення ρ, γ і α деяких провідникових матеріалів
№ п/п |
Матеріал |
Питомий опір ρ при 20 °С, |
Питома провідність γ, |
Середній температурний коефіцієнт α,°С-1 (від 0 до 100 °С) |
1 |
Срібло |
0,016 |
62,0 |
|
2 |
Мідь |
0,0175 |
57,0 |
0,00393 |
3 |
Золото |
0,022 |
45,4 |
|
4 |
Алюміній |
0,0285 |
35,0 |
0,004 |
5 |
Вольфрам |
0,053 |
19,0 |
0,005 |
6 |
Олово |
0,12 |
8,3 |
|
7 |
Сталь |
0,13 |
7,7 |
0,00625 |
8 |
Свинець |
0,217 |
4,6 |
|
9 |
Ніхром |
0,910 |
1,1 |
0,0001 |
10 |
Манганін |
2,5-2,08 |
0,4-0,48 |
0,000006 |
Приймач вмикаємо в коло постійної напруги, заміряємо значення цієї напруги та струм , який споживає приймач. Відношення / = – це значення опору приймача за даних значень та . За інших величин та опір може бути іншим, якщо приймач є нелінійним елементом.
Е лектричні опори чи взагалі елементи електричних кіл (резистори, індуктивності, ємності) поділяються на дві групи: лінійні та нелінійні. Опори, вольт-амперні характеристики яких є прямими лініями (рис. 1.19,а), називаються лінійними опорами, а електричні кола з лінійними опорами називаються лінійними електричними колами.
О
Рис.
1.19. Вольт-амперна характеристика
лінійного (а) та нелінійного (б)
опорів
На рис. 1.19 теж показані умовні позначення лінійних та нелінійних опорів на електричних схемах.
1.7. Енергія та потужність в електричному колі.
Система заряджених тіл є носієм визначеного запасу енергії. Ця енергія надається системі зовнішніми джерелами енергії в процесі утворення зарядів і може бути знову повернена джерелам або перетворена в інші види енергії при зменшенні зарядів. Робота, яка виконується силами електричного поля при перенесенні заряду q на шляху dl провідника, (рис 1.17) дорівнює
|
(1.40) |
Рівність (1.40) можна представити ще так: dA=udq. Враховуючи, що , одержимо:
dA=uidt |
(1.41) |
тут u, i – можуть виступати як постійні і змінні величини.
Повну роботу на шляху а-b провідника одержимо після інтегрування рівності (1.40) в межах від а до b:
.
Ураховуючи, що для кіл постійного , і пропускаючи індекси, отримаємо:
A=UIt |
(1.42) |
На основі закону зберігання енергії можна стверджувати, що вся електромагнітна енергія джерела йде на теплову енергію в провіднику. Позначивши електромагнітну енергію в провіднику (опорі) літерою W можемо записати, що W = A. Остаточно для кіл постійного струму значення енергії за час і знаходять за рівністю:
|
(1.43) |
Швидкість зміни електромагнітної енергії в часі (швидкість її генерування в генераторах, запасання в нагромаджувачах енергії, конденсаторах, індуктивних котушках, швидкість перетворення її в механічну роботу в електродвигунах тощо) є її потужністю. Отже,
|
(1.44) |
ураховуючи (1.41), одержимо:
p=ui. |
(1.45) |
Для кіл постійного струму потужність можна отримати ще так:
.
Ураховуючи співвідношення між U та I в резистивному опорі r (рис.1.7) можемо записати формули потужності постійного електричного струму:
|
(1.46) |
Одиницею вимірювання потужності є ват (Вт):
Кратними одиницями є кіловат (1кВт=103Вт) і мегават (1МВт=106Вт=103кВт).
Одиницею вимірювання електричної енергії є ват-секунда, або кіловат-година:
Кратними одиницями є ват-година (1 Вт∙г = 3600 Вт∙с); кіловат-година (1 кВт∙г = 3,6∙106 Вт∙с). Одна кіловат-година – це робота, яка виконується протягом 1 години, якщо потужність генератора чи приймача становить 1 кВт.