Численно величина э. д. с. равна напряжению на зажимах источника без нагрузки (в режиме холостого хода)

Модуль 1

Тема 1. Вступительная лекция. Исходные положения

Основные понятия и определения

Электротехника – область деятельности человека по изучению и практическому использованию электромагнитных явлений для:

- преобразования энергии;

- преобразования информации;

- преобразования вещества и т. д.

Теоретические основы электротехники (ТОЭ) – теоретическая дисциплина, изучающая электромагнитные процессы в цепях и полях, формирующая научный кругозор специалистов по электротехнике и радиотехнике, создающая основу (базу) для последующего изучения всех прикладных электротехнических и радиотехнических дисциплин.

Теория цепей ­ часть ТОЭ, исходящая из приближенной замены реальной цепи идеализированной схемой замещения и оперирующая при анализе интегральными величинами (т. е. характеристиками участка цепи: ток, напряжение, э.д.с., магнитный поток, мощность, энергия и др.).

Теория поля – часть ТОЭ, изучающая изменение электрических и магнитных величин от точки к точке в пространстве и во времени и оперирующая дифференциальными величинами (т. е. характеристиками точки: плотность тока, напряженность электрического или магнитного поля, плотность заряда, плотность энергии и др.).

Электрическая цепь – совокупность устройств для получения (генерирования), передачи, преобразования энергии электромагнитного поля [1].

Схема замещения – графическое представление реальной цепи при помощи соединенных между собой идеализированных элементов: активных сопротивлений, индуктивностей, емкостей, источников энергии[2].

Ветвь – часть цепи (схемы замещения), по которой проходит один и тот же ток (т. е. это совокупность элементов, включенных последовательно).

Узел – точка цепи, в которой соединены (сходятся) больше двух ветвей.

Электрический ток – направленное движение носителей электрических зарядов или (и) явление изменения электрического поля во времени.

С точки зрения теории поля ток есть результат интегрирования вектора плотности тока по заданной поверхности (по сечению проводника, например) и в этом смысле является интегральной характеристикой участка цепи..

Различают три вида электрического тока:

- ток проводимости, примером которого является ток в металлах;

- ток переноса (движение заряженных частиц в электролите, электронный луч в вакууме, ток в газах и т. п.);

- ток смещения, примером которого является “ток“ между обкладками конденсатора, где носителей зарядов нет (диэлектрик!), однако из-за изменения заряда обкладок между ними изменяется электрическое поле. Это явление (изменение во времени электрического поля) Максвелл назвал “ток смещения“

Сумма этих трех видов тока образует полный ток. Существует принцип непрерывности полного тока, заключающийся в том, что линии тока (полного) непрерывны. т. е. замкнуты сами на себя. Действительно, через диэлектрик конденсатора ток проводимости протекать не может, но ток смещения, заключающийся в изменении электрического поля, равен току проводимости.

Напряжение u₁₂ (на некотором участке цепи между точками 1 и 2) – разность электрических потенциалов между точками 1 и 2, определяемая работой цепи (поля) по переносу единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2.

С точки зрения теории поля напряжение есть результат интегрирования вектора напряженности электрического поля по заданному пути (по длине проводника, например) и в этом смысле является интегральной характеристикой участка цепи.

Электродвижущая сила (э. д. с. источника энергии) – заключается в количестве работы, затрачиваемой сторонними силами на перемещение единицы положительного заряда от зажима “–“ к зажиму “+“ источника.

Проведем аналогию между источником э. д. с. и насосом, перекачивающим жидкость (или газ) по некоторой замкнутой магистрали (контуру). Частицы жидкости движутся по магистрали в направлении более низкого давления. Дойдя до входного отверстия насоса (где давление минимальное), частицы жидкости подхватываются сторонними силами (крыльчаткой насоса) и движутся, накапливая энергию, к точке с наибольшим давлением (выходное отверстие насоса). Дальше цикл повторяется. Таким образом, накопив энергию при прохождении насоса, частицы жидкости расходуют ее на трение или выполнение какой-то работы при прохождении магистрали.

Еще аналогия: подъемник доставляет лыжников к началу лыжной трассы, откуда они спускаются, расходуя накопленную энергию на трение лыж (или лыжного костюма) о снег, окружающие деревья или других лыжников.

Источник э. д. с. работает аналогично насосу, “перекачивая“ положительные заряды от точки с минимальным потенциалом (“–“ источника) к точке с максимальным потенциалом (“+“ источника) за счет сторонних сил. Дальше, по внешней цепи, эти заряды движутся в сторону меньшего потенциала, расходуя при этом полученную энергию.

Что является источником энергии сторонних сил? У генераторов электростанций это обычно тепловые двигатели (турбины, дизели и т. п.), у термогенераторов – разность температур, у фотоэлементов – энергия светового потока, у аккумуляторов – энергия химических реакций и т. д.

Численно величина э. д. с. равна напряжению на зажимах источника без нагрузки (в режиме холостого хода).

1.2. Условные обозначения величин, принятые в теории электрических цепей:

Электрические величины:

r, L, C – активное сопротивление (Ом), индуктивность (Гн), емкость (Ф);

u, i, е – мгновенные значения напряжения (В), тока (А), э.д.с. (В);

p = u∙i, (p = е∙i) – мгновенное значение мощности участка цепи (или источника э.д.с.), (Вт);

U, I, Е – 1) постоянное напряжение, постоянный ток, постоянная э.д.с. источника энергии;

2) действующее (среднеквадратичное) значение периодического напряжения, тока или э.д.с. ;

P – 1) мощность постоянного токаP = U∙I;

2) среднее за период значение мощности периодического тока (в электротехнике эту величину называют активной мощностью): ;

для синусоидального режима: ;

f = 1/Т – частота (Гц);

ω = 2∙π∙f = 2∙π/Т – круговая частота (рад/с, 1/с);

U, I, Z – комплексные значения напряжения, тока, сопротивления для синусоидального режима;

S, P, Q – полная, активная, реактивная мощности синусоидального тока (ВА, Вт, вар);

cos(φ) = P/S – (косинус фи) коэффициент мощности (участка цепи, нагрузки, потребителя);

φ – угол, разность фаз между напряжением и током и одновременно аргумент сопротивления потребителя (косинус этого угла называют коэффициентом мощности потребителя);

магнитные величины:

Ф – магнитный поток (Вб);

В – магнитная индукция (Тл);

Н – напряженность магнитного поля (А/м);

В(Н) – зависимость между индукцией и напряженностью магнитного поля в магнитном материале (кривая намагничивания);

В = μ₀∙Н – зависимость между индукцией и напряженностью магнитного поля в немагнитной среде (μ₀∙= 4∙π∙10^-7 Гн/м – абсолютная магнитная проницаемость вакуума);

i∙w – магнитодвижущаяся сила (намагничивающая сила), создаваемая катушкой с током i и числом витков w, (А);

H∙l –магнитное напряжение (падение магнитного напряжения) на участке магнитопровода длиной l (м) и постоянной напряженностью H (А/м);

γ, ε, ε₀, μ, μ₀ – параметры, характеризующие среду: удельная проводимость, относительная и абсолютная электрические постоянные, относительная и абсолютная магнитные постоянные (ε₀ = 8.856∙10^-12 Ф/м).

Поиск по сайту: