Меню

Тема по электротехнике основные законы постоянного тока



Постоянный ток — общие понятия, определение, единица измерения, обозначение, параметры

Постоянный токПостоянный ток — электрический ток, не изменяющийся по времени и по направлению. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. В том случае, если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, направление его считают противоположным направлению движения частиц.

Строго говоря, под «постоянным электрическим током» следовало бы понимать «электрический ток постоянный по величине», соответственно математическому понятию «постоянная величина». Но в электротехнику этот термин был введен в значении «электрического тока, постоянного по направлению и практически постоянного по величине».

Под «практически постоянным по величине электрическим током» понимают ток, изменения которого во времени столь незначительны по величине, что при рассмотрении явлений в электрической цепи, по которой проходит такой электрический ток, этими изменениями вполне можно пренебречь, а следовательно, можно не учитывать ни индуктивности, ни емкости электрической цепи.

Наиболее распространенные источники постоянного тока — гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы постоянного тока и выпрямительные установки.

Электрическая цепь

В электротехнике для получения постоянного тока используют контактные явления, химические процессы (первичные элементы и аккумуляторы), электромагнитное наведение (электромашинные генераторы). Широко применяется также выпрямление переменного тока или напряжения.

Из всех источников э. д. с. химические и термоэлектрические источники, а также так называемые униполярные машины являются идеальными источниками постоянного тока. Остальные устройства дают пульсирующий ток, который при помощи специальных устройств в большей или меньшей мере сглаживается, лишь приближаясь к идеальному постоянному току.

Постоянный ток

Для количественной оценки тока в электрической цепи служит понятие силы тока.

Сила тока — это количество электричества Q, протекающее через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Если за время I через поперечное сечение проводника переместилось количество электричества Q, то сила тока I=Q/ t

Единица измерения силы тока — ампер (А).

Плотность тока — это отношение силы тока I к площади поперечного сечения F проводника — I/F. (12)

Единица измерения плотности тока — ампер на квадратный миллиметр (А/мм 2 ).

В замкнутой электрической цепи постоянный ток возникает под действием источника электрической энергии, который создает и поддерживает на своих зажимах разность потенциалов, измеряемую в вольтах (В).

Зависимость между разностью потенциалов (напряжением) на зажимах электрической цепи, сопротивлением и током в цепи выражается законом Ома . Согласно этому закону для участка однородной цепи сила тока прямо пропорциональна значению приложенного напряжения и обратно пропорциональна сопротивлению I = U/R ,

где I — сила тока. A, U— напряжение на зажимах цепи В, R — сопротивление, Ом

Это самый важный электротехнический закон. Подробнее о нем смотрите здесь: Закон Ома для участка цепи

Работу, совершаемую электрическим током в единицу времени (секунду), называют мощностью и обозначают буквой Р. Эта величина характеризует интенсивность совершаемой током работы.

Мощность P=W/t= UI

Единица измерения мощности — ватт (Вт).

Выражение мощности электрического тока можно преобразовать, заменив на основании закона Ома напряжение U произведением IR. В результате получим три выражения мощности электрического тока P = UI= I 2 R= U 2 /R

Большое практическое значение имеет то, что одну и ту же мощность электрического тока можно получить при низком напряжении и большой силе тока или при высоком напряжении и малой силе тока. Этот принцип используют при передаче электрической энергии на расстояния.

Ток, протекая по проводнику, выделяет теплоту и нагревает его. Количество теплоты Q, выделяющейся в проводнике определяют формулой Q = I 2 Rt.

Эту зависимость называют законом Джоуля — Ленца .

цепи постоянного тока

На основании законов Ома и Джоуля — Ленца можно проанализировать опасное явление, которое часто возникает при непосредственном соединении между собой проводников, подводящих электрический ток к нагрузке (электроприемнику). Это явление называют коротким замыканием , так как ток начинает протекать более коротким путем, минуя нагрузку. Такой режим является аварийным.

На рисунке приведена схема включения лампы накаливания E L в электрическую сеть. Если сопротивление лампы R — 500 Ом, а напряжение сети U = 220 В, то ток в цепи лампы будет I = 220/500 = 0,44 А.

Схема, поясняющая возникновение короткого замыкания

Схема, поясняющая возникновение короткого замыкания

Рассмотрим случай, когда провода, идущие к лампе накаливания, соединены через очень малое сопротивление ( R ст — 0,01 Ом), например толстый металлический стержень. В этом случае ток цепи, подходя к точке А, будет разветвляться по двум направлениям: большая его часть пойдет по пути с малым сопротивлением — по металлическому стержню, а небольшая часть тока I л.н — по пути с большим сопротивлением — лампе накаливания.

Определим ток, протекающий по металлическому стержню: I = 220/0,01 =22 000 А.

При коротком замыкании (к.з) напряжение сети будет меньше 220 В, так как большой ток в цепи вызовет большую потерю напряжения, и ток, протекающий по металлическому стержню, будет несколько меньше, но тем не менее во мною раз превышать ток, потреблявшийся ранее лампой накаливания.

Читайте также:  Ионные токи в организме

Как известно, в соответствии с законом Джоуля-Ленца ток, проходя по проводам, выделяет теплоту, и провода нагреваются. В нашем примере площадь поперечного сечения проводов рассчитана на небольшой ток 0,44 А.

При соединении проводов более коротким путем, минуя нагрузку, по цепи будет протекать очень большой ток — 22000 А. Такой ток вызовет выделение большого количества теплоты, что приведет к обугливанию и возгоранию изоляции, расплавлению материала проводов, порче электроизмерительных приборов, оплавлению контактом выключателей, ножей рубильнике и т. п.

Источник электрической энергии, питающий такую цепь, может быть поврежден. Перегрев проводов может вызвать пожар. Вследствие этого при монтаже и эксплуатации электрических установок, чтобы предупредить непоправимые последствия короткого замыкания, необходимо соблюдать следующие условии: изоляция проводов должна соответствовать напряжению сети и условиям работы.

Площадь поперечною сечения проводов должна быть такой, чтобы нагревание их при нормальной нагрузке не достигало опасного значения. Места соединений и ответвлений проводов должны быть качественно выполнены и хорошо изолированы. В помещении провода должны быть проложены так, чтобы они были защищены от механических и химических повреждений и от сырости.

Чтобы избежать внезапного, опасного увеличения тока в электрической цепи при коротком замыкании, ее защищают с помощью предохранителей или автоматических выключателей.

Существенный недостаток постоянного тока состоит в том, что его напряжение сложно повысить. Это затрудняет передачу электрической энергии на постоянном токе на большие расстояния.

Источник

ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Электрический ток это упорядоченное движение заряженных частиц (электронов и ионов). За направление тока условно принято направление движения положительных зарядов, т.е. от « + » к « — ».

Условия, необходимые для существования электрического тока:

  • Наличие свободных заряженных частиц;
  • Наличие электрического поля, действующего на заряженные частицы с силой в определённом направлении;
  • Наличие замкнутой электрической цепи.

Действия тока:

  1. Тепловое: проводник по которому течет ток нагревается.
  2. Химическое: электрический ток может изменять химический состав проводника (электролита).
  3. Магнитное: ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела. Вокруг проводника с током существует магнитное поле.

Постоянный ток

Электродвижущая сила.

Если два заряженных тела соединить проводником, то через него пойдет кратковременный ток. Избыточные электроны с отрицательно заряженного тела перейдут на положительно заряженное. Потенциалы тел окажутся одинаковыми, значит, напряжение на концах проводника станет равно нулю, и ток прекратится. Для существования длительного тока в проводнике нужно поддерживать разность потенциалов на его концах неизменной. Этого можно достичь, перенося свободные электроны с положительного тела на отрицательное так, чтобы заряды тел не менялись со временем.

Силы электрического взаимодействия сами по себе не способны осуществлять подобное разделение зарядов. Они вызывают притяжение электронов к положительному телу и отталкивание от отрицательного. Поэтому внутри источника тока должны действовать сторонние силы, имеющие неэлектрическую природу и обеспечивающие разделение электрических зарядов.

Сторонние силы — любые силы, действующие на электрические заряженные частицы, за исключение сил, электростатического происхождения (т.е. кулоновских).

ЭДС – электродвижущая сила – физическая величина, определяемая работой , совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда от «+» полюса к «-» полюсу внутри источника тока. Является энергетической характеристикой источника тока.

Основные характеристики электрического тока

Виды соединений источников тока

Шунтирование амперметра.

Важным примером применения последовательного и параллельного соединения проводов являются различные схемы включения электроизмерительных приборов. Допустим, что имеется некоторый амперметр, рассчитанный на максимальный ток Imax, а требуется измерить большую силу тока. В этом случае параллельно к амперметру присоединяют малое сопротивление r, по которому направится большая часть тока. Его называют обычно шунтом. Сопротивление амперметра – R, и пусть R/r=n. Сила тока в цепи, амперметре и в шунте равны соответственно I, Iа и Iш

Параллельное присоединение шунта к измерительному прибору с целью изменения его чувствительности называют шунтированием. Схема шунтирования амперметра добавочным малым сопротивлением r.

Постоянный ток. Работа и мощность. Закон Джоуля – Ленца.

Работа электрического поля по перемещению заряда ∆ q из одной точки в другую равна произведению напряжения U между этими точками на величину заряда Dq: A=DqU

Учитывая, что Dq = IDt получаем: A= IUDt = I 2 RDt = Dt

При прохождении тока через проводник происходит его нагревание, значит электрическая энергия переходит в тепловую.

Закон Джоуля – Ленца гласит: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивлению проводника и времени.

Q = I 2 R t – закон Джоуля – Ленца.

Закон открыт экспериментально независимо друг от друга Дж.Джоулем и Э.Х.Ленцем. Q = А – по закону сохранения энергии.

Мощность электрического тока равна работе, которая совершается током за единицу времени.

Дополнительные материалы по теме

пост эл ток

закон ома

соединение проводников

закон ома для полной цепи

Конспект урока «Постоянный ток. Формулы и схемы».

Источник

Читайте также:  Магнитный момент витка с током максимален

Лекция по теме 1.1. «Постоянный электрический ток»

Лекция по теме 1.1. «Постоянный электрический ток».

1. Что такое электрический ток

2. Проводники и диэлектрики

3.Направление движения электрического тока

4.Основные параметры тока

5.Закон Ома

1.Что такое электрический ток

Электрический ток представляет собой направленное движение заряженных элементарных частиц от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому, например, под воздействием электрического поля.

2.Проводники и диэлектрики

Заряженные частицы, способные перемещаться, существуют только в определённых веществах, называемых проводниками.
Другими словами, проводники — это тела, в которых имеются свободные носители заряда, то есть заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться внутри этих тел.

Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны:

углерод (в виде угля и графита).

Пример проводящих жидкостей при нормальных условиях — ртуть, электролиты, при высоких температурах — расплавы металлов.

Пример проводящих газов — ионизированный газ (плазма).

Вещества, не содержащие свободных носителей заряда, принадлежат к категории диэлектриков (изоляторов) .

3.Направление движения электрического тока

В различных средах электрический ток обусловлен движением различных зарядов, как отрицательных (электронов), так и положительных (положительных и отрицательных ионов).

Возникает вопрос, движение каких частиц принять за направление движения электротока?

Волевым путём з а направление тока принято направление движения положительно заряженных частиц , а в том случае, если ток создаётся отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считают противоположным направлению движения этих частиц.
Хотя не все согласны с таким выбором. Например, при описании работы выпрямителей, часто за направление движения принимают именно направление движения отрицательно заряженных частиц.

Кроме того, многие исследователи считают, что заряженные частицы разных знаков вообще движутся в противоположные стороны одновременно и говорить о направлении движения тока не имеет смысла!

4.Основные параметры тока

Чтобы движение свободных электронов в проводнике от одного полюса к другому было возможным, между полюсами должна существовать разность потенциалов или напряжение. Напряжение (U) равно отношению работы электрического поля по перемещению заряда к величине перемещаемого заряда на участке цепи.

В качестве примера потенциала можно привести некоторый груз лежащий на горе. Чем выше гора, тем большей силы удар может нанести это груз при падении. Разность потенциалов в этом случае — разница между высотой горы и точкой падения.

Также и с электричеством: если в некоторой точке потенциал 220V, а в другой 0V, то напряжение (разность потенциалов) равно 220 – 0 = 220V.
А если в первой точке потенциал 220V, а в другой 50V, то напряжение (разность потенциалов) равно 220 – 50 = 170V.

Напряжение измеряется в вольтах (В) .

Количество заряженных частиц, проходящее через поперечное сечение проводника в единицу времени, может быть разным. Оно определяет один из важнейших параметров — силу тока .

Если вместо заряженных частиц представить поток воды в трубе, то то количество воды проходящей через поперечное сечение трубы является аналогом силы тока в проводнике.

Сила (величина) тока измеряется в амперах (А).

Сопротивление

Так уж повелось, что любое движение в нашем мире не обходится без сопротивления. Например, человеку трудно пройти через толпу из-за сопротивления встречных людей, или автомобиль с выключенным мотором обязятельно остановится из-за трения качения.

Способность проводника препятствовать прохождению тока называется сопротивлением . Оно зависит от материала, длины и сечения материала. Сопротивление может проявляться, в частности, в нагреве проводника.

Интересно, что сопротивление может меняться:

Сопротивление металлических проводников увеличивается с повышением температуры.

У полупроводников сопротивление сильно уменьшается при повышении температуры.

У некоторых металлов при температуре, близкой к абсолютному нулю, сопротивление скачком уменьшается до нуля (явление сверхпроводимости).

В таблицах значения удельного сопротивления проводников обычно приводятся для температуры 20°C. Сопротивление или удельное сопротивление при других значениях температуры можно найти пересчетом.

Сопротивление зависит от размеров проводника: чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление, но в то же время, чем больше сечение проводника, тем сопротивление меньше.

Сопротивление измеряется в омах (Ом).

Сила ток, напряжение и сопротивление связаны между собой законом Ома, который гласит: «Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению»:

Электрические приборы и машины окружают человека повсеместно, выполняя самые разные работы. Одним из их важнейших параметров является мощность .

Мощность электрического тока это работа, совершаемая током за единицу времени.

Работа, совершаемая электрическим током подсчитывается по формуле А=UIt.

А мощность по формуле P=I 2 R .

Также используются формулы P=IU, или P=U 2 /R.

Мощность измеряется в ваттах (W) . 1000 ватт составляют 1 киловатт.

Один ватт — есть мощность, которую развивает электрический ток величиной в один ампер при напряжении в один вольт.

Что такое постоянный ток и его применение.

Ток, который не меняет своего направления называется постоянным . При этом он может менять свою величину.

Читайте также:  Если сила тока в генераторе меньше

Постоянный ток применяется:

в высоковольтных линиях электропередач (500 кV), так как если применять переменный ток, такого же действующие напряжения, учитывая амплитудные значения напряжений и их перепад, эти напряжения могут в несколько раз превышать величину напряжения постоянного тока, это требует дополнительных затрат на изоляционные материалы и значительно удорожает ЛЭП.

в контактной сети электротранспорта до 3000V,

в прокатных станах и других устройствах с тяжелыми условиями пуска электродвигателей до 1000V,

в сети грузоподъемных механизмов до 500V,

в различных приборах, переносных, бытовых, например, переносные фонари, магнитофоны, диагностические приборы различного назначения.

В условиях тяжелого запуска, когда большой пусковой момент (прокатные станы, электротранспорти т. д.) или требуется плавное регулирование скорости и пускового момента (тягового усилия) применяют двигатели постоянного тока

Этот вид тока чаще всего встречается в различных элементах питания: батарейках и аккумуляторах. Например, в компьютерах для питания микросхемы CMOS применяются батарейки напряженим 3V, в автомобилях аккумуляторы имеют напряжение 12V, в строительной технике — 24V.

Источник постоянного тока имеет две клеммы (разъёма): плюс (+) и минус (-) . Нажав на кнопку включения на схеме расположенной ниже, можно видеть как постоянный ток движется от плюсовой клеммы (+) через лампочку к минусовой (-).

Источник

Основные законы электротехники

2015-07-16 Теория Один комментарий

Здравствуйте. Как я и обещал в статье Электричество. Основные понятия , в этой части мы продолжим знакомство с основами электротехники, на этот раз рассмотрим основные электротехнические законы.

Начнем наверное с основного закона в электротехнике — закона Ома, открытого в 1826 году немецким физиком Георгом Омом. Я думаю многие о нем слышали и знают, но я все таки напомню:

Сила тока участка электрической цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку и обратно пропорциональна его сопротивлению.

В виде формулы это выглядит так:

I – сила тока, идущего через участок цепи (измеряется в амперах);

U – напряжение на участке цепи (измеряется в вольтах);

R – сопротивление участка цепи (измеряется в Омах);

Для лучшего запоминания закона Ома очень удобно пользоваться вот таким треугольником:

Для нахождения нужного значения, закрываем его пальцем и два оставшихся подскажут, как его найти. Если значения расположены на одном уровне, то значит их необходимо перемножить. Если значения расположены на разном уровне, то тогда необходимо разделить верхний параметр на нижний.

Закон Джоуля — Ленца

Закон Джоуля — Ленца — это физический закон теплового действия электрического тока. Открыт в 1840 году независимо Джеймсом Джоулем и Эмилием Ленцом.

Закон Джоуля — Ленца гласит:

Количество теплоты, выделяемой в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания.

В виде математической формулы это выражение имеет вид:

Q

Q — количество теплоты, выделяемое током (Дж);

I — сила тока, проходящего по проводнику (А);

R — это сопротивление, оказываемое проводником (Ом);

t — время, затрачиваемое на прохождение тока ©;

Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме выглядит так:

Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля

w — мощность выделения тепла в единице объёма;

— плотность электрического тока;

— напряжённость электрического поля;

σ — проводимость среды;

Законы Кирхгофа

Законы Кирхгофа устанавливают соотношения между токами и напряжениями в электрических цепях. Законы Кирхгофа имеют особое значение в электротехнике из-за своей универсальности, так как пригодны для решения любых электротехнических задач.

Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в любом узле любой цепи равна нулю .

Или другими словами сумма всех токов, втекающих в узел, равна сумме всех токов, вытекающих из узла.

Рассмотрим первый закон Кирхгофа на примере:

Здесь I2 и I4 — приходящие токи, а I1 и I3 — вытекающие токи

Тогда по правилу Кирхгофа можно записать:

I1 + I2 — I3 +I4 = 0 или I2 + I4 = I1+ I3

Второй закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений по любому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура.


Иными словами, при полном обходе контура потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Частным случаем второго правила для цепи, состоящей из одного контура, является закон Ома для этой цепи.

При составлении уравнения напряжений для контура нужно выбрать положительное направление обхода контура. При этом падение напряжения на ветви считают положительным, если направление обхода данной ветви совпадает с ранее выбранным направлением тока ветви, и отрицательным — в противном случае.

Правила Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.

Источник

Adblock
detector