Электротехника и электроника

1. Электротехника и электроника.

Курс лекций для колледжа
по программе СПО.
Автор: Михайлова Татьяна
Андреевна

2. Занятие 1. Электрическое поле

3.

а) Электрический заряд.
Достаточно потереть пластмассовую пластинку
о кусочек шерсти, как она станет притягивать
кусочки бумаги.
Дальнейшее изучение этого явления
показало, что оно вызывается
электрическими зарядами, находящимися на
пластинке.
Однако наэлектризованные тела не только
притягиваются, но и отталкиваются. Это
говорит о различных видах зарядов
накапливающихся на предметах.
Один из видов электрических зарядов
условились называть положительными, а
другой – отрицательными.

4.

Для обнаружения наэлектризованных
тел служат специальные приборы
– электроскопы.
Цилиндрический корпус (1) закрыт
стеклом (2).
Внутрь прибора вставлен
металлический стержень (3) с
легкоподвижными лепестками (4).
От металлического корпуса прибора
стержень отделен пластмассовой
втулкой (5).
Если выступающей части стержня
коснуться каким-нибудь
наэлектризованным телом, то
лепестки отклонятся друг от друга.

5. Электрофорная машина для исследования электрических зарядов Смотреть

6. Электризация трением Смотреть

7. Электризация трением. Султаны Смотреть

8.

Описанные выше явления
объясняются особенностями
строения атомов различных
веществ.
Каждый атом состоит из
положительно заряженного ядра
и вращающихся вокруг него
отрицательно заряженных
электронов. В обычных условиях
атом электрически нейтрален,
так как суммарный
отрицательный заряд электронов
равен положительному заряду
ядра.

9.

Опыты и расчеты показывают, что
отрицательный заряд электрона
является наименьшим зарядом в
природе.
Его называют элементарным
электрическим зарядом.
Он равен:
е = - 1,6 ∙ 10-19 Кл .
Где: е – обозначение заряда электрона
Кл – обозначение единицы измерения
электрических зарядов ( Кулон )

10.

Все остальные электрические заряды
кратны модулю элементарного заряды,
то есть, заряд любого тела равен:
q = n |e|
Где: q - электрический заряд тела
n = 1,2,3…..- целое число
|e| - модуль элементарного заряда

11. Делимость электрического заряда Смотреть

12.

б) Электрическое
поле.
Взаимодействие
неподвижных
электрических зарядов
передается
электростатическим
полем.
Поле представляет собой
один из видов материи,
существующей в
пространстве в
неразрывной связи с
электрическим зарядом.
Основное свойство
электрического поля
— это способность
оказывать силовое
действие на
помещенные в него
электрические
заряды.

13.

Электрическое поле заряда не
одинаково в разных точках. В
этом можно убедиться,
определяя силу, с которой поле
действует на пробный заряд,
вносимый в разные точки поля.
Пробным называют электрический
заряд q0, помещенный в
электрическое поле для
обнаружения поля.
Пробный заряд может быть
положительным или
отрицательным, но небольшим в
сравнении с зарядом q,
создающим поле.

14. Занятие 2. Напряженность электрического поля

15.

а) Формулировка
напряженности
Напряженностью
электрического поля в
данной точке называется
векторная величина Е,
определяемая силой, с
которой поле действует
на единичный точечный
заряд, помещенный в эту
точку:

16.

Помещая пробный заряд в ту или иную
точку поля, можно определить
напряженность поля в каждой точке.
Таким образом, каждая точка
электрического поля характеризуется
вектором напряженности.

17.

б) Силовые линии
электрического поля.
Электрическое поле
изображается с помощью
линий напряженности.
Свойства линий
напряженности:
• Линии выходят из
положительных зарядов и
входят в отрицательные.
• Линий напряженности не
пересекаются
• Линии напряженности там
гуще, где выше
напряженность поля.

18.

Контрольный опрос
Напишите пары чисел из первого и второго
столбцов соответствующие определениям
1. электрон
2. орбита электрона
3. ядро атома
Ответ:1 - 2; 2 - 3; 3 - 1;

19.

Контрольный опрос
Напишите пары чисел из первого и второго
столбцов соответствующие определениям
1. разноименные
заряды
2. отрицательный
заряд
3. положительный
заряд
4. одноименные
заряды
Ответ:1 - 4; 2 - 1; 3 - 2; 4 – 3;

20.

Контрольный опрос
Напишите пары чисел из первого и второго
столбцов соответствующие определениям
1. электрический
заряд
2. напряженность
электрического
поля
3. сила,
действующая на
заряд
Ответ:1 - 3; 2 - 1; 3 - 2;

21. Занятие 3. Потенциал электростатического поля и разность потенциалов.

22.

а) Потенциал электростатического поля
Каждая точка электрического поля характеризуется
своим потенциалом.
Потенциалом электростатического поля называют
отношение потенциальной энергии заряда в поле к
этому заряду.

23.

б) Разность потенциалов.
Практическое значение имеет не сам
потенциал в точке, а изменение потенциала,
которое не зависит от выбора нулевого
уровня отсчета потенциала.
Разность потенциалов называют также
напряжением.
Единица разности потенциалов – Вольт (В)

24.

Разность потенциалов между потенциалом грозовых туч и
нулевым потенциалом Земли достигает миллионов вольт

25. Занятие 4 Закон Кулона

26.

Опытным путем установлено, что одноименные
электрические заряды отталкиваются, а
разноименные – притягиваются.
Сила взаимодействия между двумя
электрическими зарядами определяется в
соответствии с законом Кулона:

27.

Где: F – сила взаимодействия между зарядами (Н)
q1 , q2 - электрический заряд (Кл)
r – расстояние между зарядами
k = 9∙109 Н м2 / Кл2 - коэффициент
пропорциональности, учитывающий параметры
среды.( в данном случае – вакуум)

28.

Коэффициент k связан с другой
постоянной величиной соотношением:
Где:
электрическая постоянная.

29.

Контрольный опрос
Напишите пары чисел из первого и второго
столбцов соответствующие определениям
1. электрические
заряды
2. сила,
взаимодействия
зарядов
3. коэффициент
среды
4. расстояние между
зарядами
Ответ:1 – 1,5; 2 - 3; 3 - 4; 4 – 2.

30.

Задача
Определите один из двух точечных
зарядов q1 , находящихся на
расстоянии 30 см друг от друга , если
сила взаимодействия между зарядами
равна 0,8 Н, а второй заряд q2 =4 мкКл.
Справка: k = 9∙109 Н м2 / Кл2
Дано: q2 =4 мкКл = 4∙10-6 Кл
F=0,8 H
r = 30 см =0,3 м

31.

Решение:
k q1 q2
F=
r2
2
отсюда F r = k q1 q2
F r
0,8 0,3 0,3
или q1 =
=
= 0,000002 Кл
9
−6
k q2 9 10 4 10
2
= 2 мкКл

32. Электрический заряд и закон Кулона смотреть

33. Занятие 5. Электрические конденсаторы

34.

а) Электроемкость
Физическая величина, характеризующая способность
двух проводников накапливать электрический заряд
называется электроемкостью.
На рисунках показано устройство, состоящее из двух
пластин, разделенных диэлектриком и свернутых в
спираль. При подаче на пластины напряжения U, на
них накапливается электрический заряд, величина
которого определяется формулой
Коэффициент пропорциональности С
называется электроемкостью

35.

Электроемкостью двух проводников называют
отношение заряда одного из проводников к
разности потенциалов между этим
проводником и соседним:
Единицей является - Фарад.
Это очень большая величина. На практике
применяются дольные единицы
электроемкости
1 мкФ =10-6 Ф, 1пФ = 10-12 Ф.

36. б) Емкость плоского конденсатора.

Электроемкость конденсатора
вычисляют по формуле
Где:C – емкость конденсатора (Ф)
ε – относительная диэлектрическая
проницаемость диэлектрика
ε 0 = 8,85∙ 10-12 Ф\м – электрическая
постоянная.
S – площадь пластин конденсатора.
(м2)
d – толщина диэлектрика (м)

37. Энергия заряженного конденсатора Смотреть

38. в) Энергия заряженного конденсатора

Энергия заряда конденсатора
определяется уравнением:
Где:
W - энергия заряженного
конденсатора (Дж)
С – емкость плоского
конденсатора (Ф)
U - напряжение на пластинах
конденсатора (В)
q – электрический заряд на
пластинах конденсатора (Кл)

39.

Контрольный опрос
Напишите пары чисел из первого и второго
столбцов соответствующие определениям
1. емкость
конденсатора
2. относительная
диэлектрическая
проницаемость
3. электрическая
постоянная
4. площадь пластин
5. толщина
диэлектрика
Ответ:1 – 2; 2 - 3; 3 - 5; 4 – 1; 5 – 4.

40.

Задача
Какова толщина диэлектрика
плоского конденсатора, если емкость
конденсатора 14 мкФ, площадь его
пластин 2 м2, а относительная
диэлектрическая проницаемость равна 4?
Справка:
Электрическая постоянная
ε0 = 8,85 • 10-12 Ф/м

41.

• Решение:
0 S
С=
d
отсюда Сd = 0 S
0 S 4 8,85 10 2
−6
или d =
=
= 5,05 10 =
−6
С
14 10
5,05 мкм
−12

42. Занятие 6( 2 часа) Контрольная работа

43. Занятие 6 ( 2 часа) Контрольная работа

Занятие 6 ( 2 часа)
Контрольные вопросы:
1. Что такое элементарный
электрический заряд и чему
он равен?
2. Дайте формулировку закона
Кулона.
3. Что такое напряженность
электрического поля и как
определить ее величину?
4. Что такое линии
напряженности и каковы их
свойства?
Контрольная работа
5. Что такое разность
потенциалов, в каких
единицах она измеряется?
6. Объясните физическую
сущность электроемкости и
назовите единицы измерения
ее.
7. Объясните конструкцию
плоского конденсатора.
8. От каких параметров зависит
емкость плоского
конденсатора?

44. Занятие 7 Электрическая цепь

45.

Простейшая электрическая
установка состоит из:
➢
источника И (гальванического
элемента, аккумулятора,
генератора и т. п.),
➢
потребителей или приемников
электрической энергии П
(ламп накаливания,
электронагревательных
приборов, электродвигателей и
т. п.)
➢
соединительных проводов
Л1,Л2, соединяющих зажимы
источника напряжения с
зажимами потребителя.

46.

• Источник преобразует любые виды
энергии ( энергию падающей воды,
механическую энергию вращения,
энергию пара и т.д.) в электрическую
энергию.
• Потребитель получает электрическую
энергию по проводам и преобразует ее
в другие виды энергии (механическую,
тепловую, световую и т.д.)

47.

Источник и приемник электрической энергии связаны
проводами (линией электропередачи), которые
образуют замкнутый контур

48.

Электрическая цепь делится на внутреннюю и
внешнюю части.
К внутренней части цепи относится сам источник
электрической энергии.
Во внешнюю часть цепи входят соединительные
провода, потребители, т. е. все то, что присоединено
к зажимам источника электрической энергии.

49.

Контрольный опрос
Напишите пары чисел из первого и второго
столбцов соответствующие определениям
1.источник
2.потребитель
3.электрическая
линия
1. получает электрическую энергию по
проводам и преобразует ее в другие
виды энергии (механическую,
тепловую, световую и т.д.)
2. преобразует любые виды энергии в
электрическую энергию.
3. передает электрическую энергию
Ответ:1 – 2; 2 - 1; 3 - 3;

50. Занятие 8 Электрический ток

51.

а) Электронная теория строения металлов
Представление об электронной структуре
атомов послужило основанием для
классической теории строения металлов.
Валентные электроны наружного слоя атома
слабо связаны с ядром.

52.

Электроны, потерявшие связь со своим
ядром называются свободными.
▪ Атомы, потерявшие электроны из
валентного слоя, становятся
положительными ионами. Общий заряд
свободных электронов в кристалле
равен положительному заряду ионов,
поэтому кристалл остается
электрически нейтральным.
▪

53. Понятие электрического тока Смотреть

54. б) Определение электрического тока.

Если в металлах находится большое число
свободных электронов, то при соединении
металлического проводника с источником
электрической энергии свободные электроны
будут двигаться к положительному полюсу
источника, а положительные ионы – к
отрицательному полюсу источника.

55.

56.

57.

58.

Упорядоченное движение электрических
зарядов называется электрическим
током.
Признаки, по которым легко судить о наличии
тока:
1. ток, проходя через растворы солей,
щелочей, кислот, а также через
расплавленные соли, разлагает их на
составные части;
2. проводник, по которому проходит
электрический ток, нагревается;
3. электрический ток, проходя по проводнику,
создает вокруг него магнитное поле.

59. Сила электрического тока Смотреть

60. в) Сила тока. Плотность тока.

Силой тока называется величина численно
равная отношению количества электрических
зарядов q , прошедших через поперечное
сечение проводника за время t .
Где: I – сила тока; А
q – суммарный электрический
заряд; Кл.
t – время; с.

61.

Плотностью тока называется
отношение силы тока к площади
поперечного сечения проводника .
Где: δ – плотность тока ;
А/м2
I – сила тока , А
s –поперечное
сечение проводника, м2

62.

Контрольный опрос
Напишите пары чисел и букв из первого и второго
столбцов соответствующие определениям
1. электрический заряд
2. время
3. сечение проводника
4. сила тока
5. плотность тока
Ответ:1 – б; 2 - в; 3 - д; 4 – а; 5 – г.

63. Контрольный опрос . Определите какие позиции не входят в признаки, по которым можно судить о наличии тока:

1
электрический ток, проходя по проводнику,
создает вокруг него магнитное поле.
2
ток, проходя через растворы солей, щелочей,
кислот, а также через расплавленные соли,
разлагает их на составные части;
3
электрический ток, проходя через
диэлектрик вызывает его свечение
4
проводник, по которому проходит
электрический ток, нагревается;

64. Занятие 9 ЭДС и напряжение

65.

Чтобы обеспечить продвижение электрических
зарядов вдоль электрической цепи, то есть
создать электрический ток, необходима сила,
которая бы двигала эти заряды.

66.

❑ Эта сила действует внутри источника и
называется электродвижущая сила
(ЭДС).
❑ ЭДС
численно равна разности
потенциалов на полюсах источника.

67.

Рис. 9.1. Замер ЭДС источника

68.

❑ Потенциалом
данной точки поля
называется работа, которую
затрачивает электрическое поле, когда
оно перемещает положительную
единицу заряда из данной точки поля в
бесконечность.

69.

Если переместить заряд из одной точки
поля с потенциалом φ1 в точку с
потенциалом φ2 , то необходимо
совершить работу
Величина, равная разности потенциалов
называется напряжением.

70.

Рис.9.2. Измерение напряжения

71.

Рис.9.3. Распределение потенциала вдоль электрической цепи

72.

Таким образом, наибольший потенциал
будет у начала цепи (+ источника) . Условно
считается, что в проводе не расходуется
электрическая энергия, поэтому
φ1 = φ2, и φ1 - φ2 =U1-2= 0,
При протекании тока через сопротивление R1
электрическая энергия источника тока
превращается в тепловую энергию, нагревая
резистор R1, и излучается в пространство.
Поэтому потенциал φ3 будет меньше
потенциала φ2, а разность потенциалов
φ2 – φ3 =U2-3 не равна нулю.

73.

Напряжение U2-3 называется падением
напряжения или напряжением на резисторе R1.
Чем ближе точка цепи к минусу источника,
тем ниже ее потенциал. Таким образом,
наименьший потенциал будет у конца
электрической цепи (- источника)
Электродвижущая сила источника численно
равна разности потенциалов на зажимах
источника. Напряжением любых двух точек
цепи является разность потенциалов в этих
точках.
За нулевой потенциал принят потенциал
Земли.

74. Напряжение и потенциал Смотреть

75. Занятие 10 Электрическое сопротивление

76.

а) Электрическое сопротивление и
электрическая проводимость.
❑ Свойство материалов препятствовать
прохождению через них электрического
тока называется электрическим
сопротивлением.
❑ С другой стороны можно сказать, что не
все материалы препятствуют
прохождению через них электрического
тока. Говорят, что такие материалы
обладают хорошей электропроводностью.

77.

❑ Таким образом, электропроводность и
электрическое сопротивление являются
взаимообратными величинами.
❑ Сопротивление проводника зависит от
его геометрических размеров: его
длины и площади поперечного сечения,
а также материала, из которого
изготовлен проводник..

78.

❑
Для проводников сопротивление прямо пропорционально
длине и обратно пропорционально площади их
поперечного сечения:
где:l — длина проводника; м.
s — площадь поперечного сечения; м2.
— удельное сопротивление, характеризующее
электропроводность данного металла, Ом · м.

79.

Величина, обратная электрическому
сопротивлению называется электрической
проводимостью g.
Где: g – проводимость, См (сименс)
Удельная проводимость, величина, обратная
удельному сопротивлению.

80. Удельное сопротивление различных проводников: (·10-6) [Ом·м]

Серебро
Медь
Алюминий
Вольфрам
Железо
Свинец
Никелин
Манганин
Константан
Ртуть
Нихром
0,016
0,017
0,03
0,05
0,13
0,2
0,42
0,43
0,5
0,94
1,1

81.

• Удельное сопротивление проводника зависит
от температуры.
• где: ро - удельное сопротивление при 0
градусов,
t - температура,
α - температурный коэффициент
сопротивления
( т.е. относительное изменение удельного
сопротивления проводника при нагревании его
на один градус)

82.

Контрольный опрос
Напишите пары чисел и букв из первого и второго
столбцов соответствующие определениям
1. сопротивление
проводника
2. Удельное
сопротивление
материала
3. сечение проводника
4. длина проводника
Ответ:1 – б; 2 - г; 3 - в; 4 – а;

83.

Занятие 10 а
Фронтальная лабораторная
работа
«Исследование зависимости
длины, сечения и материала
проводника на его
электрическое сопротивление».

84.

Видео
Исследование зависимости длины,
сечения и материала проводника на
его электрическое сопротивление
Смотреть

85. Методика проведения лабораторной работы

Необходимо с помощью измерительных
приборов и оборудования виртуальной
лаборатории оценить справедливость
формулы
где: R – сопротивление проводника, Ом
l — длина проводника; м.
s — площадь поперечного сечения; м2.
— удельное сопротивление, характеризующее
электропроводность данного металла, Ом · м.

86.

Основной частью оборудования
лабораторной работы является
монтажная панель с двумя
хромеливыми и одной молибденовой
спиралями.

87.

В опыте №1
оператор
поочередно
подключает
сначала
хромелевую, а
затем
молибденовую
спираль.

88.

В опыте №2
оператор с
помощью
закоротки 7-8
соединяет
последовательно
две хромеливые
спирали
увеличивая длину
общей спирали
вдвое

89.

В опыте №3
оператор с
помощью закороток
7-8 и 9-10
соединяет
параллельно две
хромеливые
спирали
увеличивая
сечение общей
спирали вдвое

90.

Рис 1
Схема лабораторной установки

91.

• На схеме:
• А – амперметр
• V – вольметр
• а,б - хромеливые спирали
• в – молибденовая спираль

92. Порядок оформления отчета по лабораторной работе.

1.Для оформления отчета каждый
учащийся получает у преподавателя
бланк отчета.
2. Титульный лист и все таблицы
заполняются в ходе проведения
лабораторной работы.
3. Выводы по проведенным опытам
записываются учащимся после каждого
проведенного опыта

93. Опыт №1

1) Исследование
зависимости материала
проводника на его
электрическое
сопротивление (показ
фильма 0-4м.30с)
Расчетная формула
молибден
U, В
I, А
R, Ом
хромель

94. Опыт №1

1) Исследование
зависимости материала
проводника на его
электрическое
сопротивление (показ
фильма 0-4м.30с)
Расчетная формула
молибден
U, В 3
I, А 3
R, Ом ?
хромель

95. Опыт №1

1) Исследование
зависимости материала
проводника на его
электрическое
сопротивление (показ
фильма 0-4м.30с)
Расчетная формула
молибден
хромель
U, В 3
15
I, А 3
1
R, Ом 1
?

96. Опыт №1

1) Исследование
зависимости материала
проводника на эго
электрическое
сопротивление (показ
фильма 0-4м.30с)
Расчетная формула
молибден
хромель
U, В 3
15
I, А 3
1
R, Ом 1
15

97. Вывод по опыту №1:

• Электрическое сопротивление
проводника зависит от материала
проводника.
• Удельное сопротивление хромеля в 15
раз больше, чем удельное
сопротивление молибдена

98. Опыт №2

Исследование зависимости длины
проводника на его электрическое
сопротивление.
(показ фильма 4м.30с-7м)
Собрать схему по рис.2
Записать показания приборов в
таблицу

99.

Рис.2

100.

Длина L
Расчетная
формула
Длина 2 L
U, В 15
15
1
0,5
I, А
R, Ом 15
?

101.

Длина L
Расчетная
формула
Длина 2 L
U, В 15
15
1
0,5
R, Ом 15
30
I, А

102. Вывод по опыту №2:

• Электрическое сопротивление
проводника зависит от длины
проводника.
• Во сколько раз увеличивается длина
проводника, во столько раз
увеличивается его электрическое
сопротивление. То есть зависимость
прямо пропорциональна.

103. Опыт №3

Исследование зависимости
поперечного сечения проводника
проводника на его электрическое
сопротивление.
(показ фильма 7м – до конца)
Собрать схему по рис.3
Записать показания приборов в
таблицу

104.

Рис.3

105.

Сечение Сечение
S
2S
Расчетная
формула
U, В 15
15
1
2
R, Ом 15
?
I, А

106.

Сечение Сечение
S
2S
Расчетная
формула
U, В 15
15
1
2
I, А
R, Ом 15
7,5

107. Вывод по опыту №3:

• Электрическое сопротивление
проводника зависит от поперечного
сечения проводника.
• Во сколько раз увеличивается сечение
проводника, во столько раз
уменьшается его электрическое
сопротивление. То есть зависимость
обратно пропорциональна.

108. Занятие 11. Закон Ома

109.

а) Закон Ома для участка цепи:
Сила тока на участке цепи прямо
пропорциональна напряжению на этом
участке и обратно пропорциональна
сопротивлению этого же участка цепи.

110. б) Закон Ома для полной цепи

❑ При рассмотрении
полной
электрической цепи
необходимо
учитывать, что ток
проходит не только
по внешней части
цепи, но также и по
внутренней части
цепи, т.е. внутри
источника
напряжения.

111.

Где: Е - эдс источника, В.
R- сопротивление внешнего участка цепи.
Ом.
r - внутреннее сопротивление источника.
Ом
Сила тока в цепи прямо пропорциональна
электродвижущей силе источника и
обратно пропорциональна полному
сопротивлению цепи.

112. Видео. Закон Ома для участка цепи Смотреть

113.

Контрольный опрос
Напишите пары чисел из первого и второго
столбцов соответствующие определениям
1. сила тока
2. сопротивление
внешней цепи
3. напряжение на
участке цепи
4. ЭДС источника
5. Внутреннее
сопротивление
источника
Ответ:1 – 2; 2 - 3; 3 - 1; 4 – 5; 5 – 4.

114. Занятие 12 ( 2 часа) Контрольная работа №1

115.

Контрольные вопросы:
1. Назовите основное свойство электрического
поля.
2. Как определяется напряженность
электрического поля заряженной сферы?
3. Каковы свойства линий напряженности
электрического поля?
4.Что такое потенциал и разность
потенциалов?
5. Дайте определение электрической цепи и ее
элементов.
6. Какие преобразования энергии происходят в
источнике и потребителе?

116.

7. Объясните строение металлического
проводника
4. Дайте определение электрического тока и
объясните его физическую сущность.
5. Что такое электрический потенциал и
разность потенциалов?
6. Чем отличается напряжение от
электродвижущей силы?
Примечание: Каждому учащемуся необходимо
решить задачу, предложенную
преподавателем.

117. Занятие 13 Энергия и мощность электрического тока.

118.

а) Энергия
электрического тока.
Для создания
электрического тока в
цепи источник должен
обладать необходимой
энергией. Величина этой
энергии определяется
по формуле:

119.

или:
Где: W – энергия электрического тока, Вт·ч
U – напряжение на зажимах цепи, В.
I – сила тока, А.
R – сопротивление цепи, Ом.
t – время протекания тока, час.

120. Работа и мощность электрического тока Смотреть

121. б) мощность электрического тока.

Способность источника
выдавать в единицу
времени определенное
количество электрической
энергии, а потребитель,
соответственно, –
потреблять эту энергию
характеризуется
мощностью источника
(потребителя).

122.

Значение мощности электрического тока
определяется из выражения :
или:
Где: W – энергия электрического тока, Вт·ч
t - время работы источника (потребителя),
час.
Р – мощность источника (потребителя), Вт.
U – напряжение, В
I – сила тока, А.
R – сопротивление цепи, Ом.

123.

124.

• Мощность, развиваемая источником
тока во всей цепи, называется
полной мощностью.
Она определяется по формуле
• где: Pоб -полная мощность,
развиваемая источником тока во всей
цепи, Вт;
• Е- э. д. с. источника, В;
• I-величина тока в цепи, А.

125.

• В общем виде электрическая цепь состоит из
внешнего участка (нагрузки) с сопротивлением R и
внутреннего участка с сопротивлением r
(сопротивлением источника тока).
• Заменяя в выражении полной мощности величину э.
д. с. через напряжения на участках цепи, получим
Величина UI соответствует мощности,
развиваемой на внешнем участке цепи
(нагрузке), и называется полезной
мощностью Pпол=UI.

126.

• Величина UoI соответствует мощности,
бесполезно расходуемой внутри
источника, её называют мощностью
потерь Po=UoI.
• Таким образом, полная мощность равна
сумме полезной мощности и мощности
потерь Pоб=Pпол+P0.

127. Коэффициент полезного действия Смотреть

128.

в) Коэффициент полезного действия
электрической цепи
Отношение полезной мощности к полной
мощности, развиваемой источником,
называется коэффициентом полезного
действия, сокращенно к. п. д.,и
обозначается η.
Из определения следует
При любых условиях коэффициент
полезного действия η ≤ 1.

129.

• Обычно электрический к. п. д. принято
выражать в процентах.

130.

• Рассмотрим элементарную
электрическую цепь, содержащую
источник ЭДС с внутренним
сопротивлением r, и внешним
сопротивлением R

131.

КПД определяется как отношение
полезной мощности к затраченной:
Рпол UI U
=
=
=
Робщ EI E
или
U
IR
R
= =
=
E I (R + r) R + r

132. Занятие 14 Тепловое действие тока

133.

а) Общие определения
В проводнике, по которому течет
электрический ток, также как и во всех
телах, есть движение молекул. При
наличии тока в проводнике движущиеся
электрические заряды усиливают
движение молекул, что и является
причиной повышения температуры
проводника. Явление выделения тепла
при протекании тока по проводнику
может иметь как вредные последствия ,
так и приносить пользу.

134. Закон Джоуля - Ленца Смотреть

135.

б) Закон Джоуля-Ленца.
Количества теплоты, выделяемой током при
прохождении по проводнику зависит от
сопротивления проводника, силы тока и
времени его прохождения.
Количественные соотношения, имеющие
место при нагревании проводника током
называются законом Джоуля - Ленца.
Где: Q – количество теплоты [Дж]

136. в) Элементы тепловой защиты электроаппаратов

Плавкие
предохранители
применяются для защиты
электроустановок от токов
короткого замыкания.
Предохранители ПР
Предохранители СПО
Предохранитель ПН-2.

137.

Основным элементом
предохранителя является
плавкая вставка, которая
сгорает (плавится) при
значительном повышении
тока в сети.
Защитное действие
плавкого предохранителя
основано на тепловом
эффекте электрического
тока.
Протекая по плавкой
вставке ток нагревает ее.

138.

Если величина тока значительно
возрастает, то количество выделяемой
током теплоты становится достаточным
для расплавления плавкой вставки.
При расплавлении плавкой вставки
электрическая цепь разрывается и
потребитель обесточивается.
Этим способом достигается обеспечение
сохранности дорогостоящего
оборудования.

139. Занятие 15 ( 2 часа) Аппараты управления

140.

Кнопки управления
предназначены для
замыкания и
размыкания цепей
дистанционного
управления
электродвигателями.
Комплект из
нескольких кнопок
"ПУСК" и "СТОП",
объединенных в
одном корпусе
называется кнопочной
станцией.

141. Концевые и путевые выключатели

Концевые и путевые
выключатели
применяются для
переключения цепей
управления по мере
передвижения
элементов механизмов
и для автоматического
отключения механизма
в конце его рабочего
пути.

142. Магнитный пускатель

Магнитный пускатель
- это
распространенный
электромагнитный
аппарат для
дистанционного и
местного управления
электродвигателями
и другими
установками, а также
защиты их от
перегрузок и токов
короткого замыкания.

143.

1. контактная
пружина
2. контактный
мостик
3. неподвижные
контакты
4. траверса
5. якорь
6. катушка
7. сердечник
8. блок-контакты

144. Контрольный опрос №3 Напишите пары чисел и букв из первого и второго столбцов соответствующие определениям

1. контактная пружина
2. контактный мостик
3. неподвижные
контакты
4. траверса
5. якорь
6. катушка
7. сердечник
8. блок-контакты
Ответ:1а; 2д; 3г; 4ж; 5е; 6з; 7в; 8б.

145.

Тепловое реле является
составной частью
магнитного пускателя.
Тепловые реле
предназначены для
защиты
электродвигателей от
перегрузок и токов
короткого замыкания.
Действие теплового
реле основано на
изгибании
биметаллической
пластинки при ее
нагревании током
перегрузки.

146.

Тепловое реле состоит
(см.рисунок)
1-биметаллическая
пластинка;
2-нагревательный
элемент;
3-кнопка возврата;
4-пружина;
5-тяга;
6-контакт;
7-рычаг;
8 – ось;

147.

Работа теплового реле:
При перегрузке электродвигателя в линейных проводах
протекают большие токи, значительно больше
номинальных значений. Этот ток протекает через
нагревательный элемент 2.
Элемент нагревается и нагревает биметаллическую
пластинку 1.
Пластинка изгибается вверх, освобождая из
зацепления рычаг 7.
Рычаг под действием пружины 4 поворачивается по
часовой стрелке на оси 8 и приводит в движение тягу
5, при помощи которой контакты 6 цепи управления
размыкаются.

148.

Размыкание контактов в цепи управления
магнитного пускателя приводит к разрыву
силовой цепи. Электродвигатель
отключается, что предотвращает выход его
из строя при перегрузке.
При выключении силовой цепи нагревательный
элемент 2 остывает, биметаллическая
пластинка возвращается в исходное
состояние.
Рычаг 7 возвращается в исходное состояние
путем нажатия на кнопку возврата.

149. Занятие 16 Баланс мощностей

150.

Из закона сохранения энергии следует, что
мощность источников питания в любой
момент времени равна сумме мощностей,
расходуемой на всех участках цепи.
EI = I R
2
Это соотношение называют уравнением
баланса мощностей.

151.

При составлении уравнения баланса
мощностей следует учесть, что если
действительные направления ЭДС и
тока источника совпадают, то источник
ЭДС работает в режиме источника
питания, и произведение E I
подставляют в со знаком плюс. Если не
совпадают, то источник ЭДС работает в
режиме потребителя электрической
энергии, и произведение E I
подставляют в со знаком минус.

152.

Рассмотрим электрическую цепь, приведенную на
рисунке:
Для цепи, показанной на рисунке уравнение баланса
мощностей запишется в виде:
2
2
EI = I (r0 + R) + I1 R1 + I 2 R2.
2

153.

При расчете электрических цепей используются
определенные единицы измерения.
Электрический ток измеряется в амперах (А),
напряжение – в вольтах (В), сопротивление – в
омах (Ом), мощность – в ваттах (Вт),
электрическая энергия – ватт-час (Вт-час) и
проводимость – в сименсах (См)
Кроме основных единиц используют более мелкие и
более крупные единицы измерения:
миллиампер (1мA = 10–3А), килоампер (1кA =
103А), милливольт (1мВ = 10–3В), киловольт (1кВ =
103В), килоом (1кОм = 103Ом), мегаом
(1мОм = 106Ом), киловатт (1кВт = 103Вт),
киловатт-час (1кВт-час = 103 ватт-час).

154. Режимы работы электрических цепей

Элементами электрической цепи являются
различные электротехнические устройства,
которые могут работать в различных
режимах.
Режимы работы как отдельных элементов, так
и всей электрической цепи характеризуются
значениями тока и напряжения.
Поскольку ток и напряжение в общем случае
могут принимать любые значения, то
режимов может быть бесчисленное
множество.

155.

Реальная электрическая цепь может быть
представлена в виде активного и пассивного
двухполюсников
Двухполюсником называют цепь, которая
соединяется с внешней относительно нее
частью цепи через два вывода а и b –
полюса.

156.

Режим работы электрической цепи,
приведенной на рисунке, определяется
изменениями параметров пассивного
двухполюсника, в общем случае величиной
сопротивления нагрузки Rн. При анализе
электрической цепи рассматривают
следующие режимы работы: холостого хода,
номинальный, короткого замыкания и
согласованный.
Работа активного двухполюсника под нагрузкой
Rн определяется его вольт-амперной
(внешней) характеристикой, уравнение
которой для данной цепи запишется в виде

157.

U = Eэ − Ir0 э
Вольт-амперная характеристика строится по
двум точкам 1 и 2, соответствующим
режимам холостого хода и короткого
замыкания.

158.

Режим холостого хода
В этом режиме с помощью ключа SA
нагрузка Rн отключается от источника
питания (см.рисунок).
В этом случае ток в нагрузке становится
равным нулю, и как следует из
формулы напряжение на зажимах ab
становится равным ЭДС Eэ и
называется напряжением холостого
хода Uхх
U = U хх = Eэ

159.

Режим короткого замыкания
В этом режиме ключ SA в схеме
электрической цепи замкнут, а
сопротивление Rн=0.
В этом случае напряжение U на зажимах
аb становится равным нулю, т.к. U = IRн,
а уравнение вольт-амперной
характеристики можно записать в виде
Eэ
I = I кз =
rоэ

160.

Номинальный режим
Номинальный режим электрической цепи
обеспечивает технические параметры как
отдельных элементов, так и всей цепи,
указанные в технической документации, в
справочной литературе или на самом
элементе.
Для разных электротехнических устройств
указывают свои номинальные параметры.
Однако три основных параметра указываются
практически всегда:
• номинальное напряжение Uном,
• номинальная мощность Рном
• номинальный ток Iном.

161.

Работа активного двухполюсника под
нагрузкой в номинальном режиме
определяется следующим уравнением,
записанном для номинальных
параметров
U ном = Eэ − I номrоэ
На вольт-амперной характеристике это
уравнение определяется точкой 3 с
параметрами Uном и Iном.

162.

Eэ
I=
rоэ + Rн
При этом на нагрузке выделится активная
мощность
Eэ
Р = I Rн =
Rн
2
(rоэ + Rн )
2

163.

Расчеты показывают, что значение
сопротивления нагрузки, согласованное с
сопротивлением источника, при котором в
нагрузку будет предаваться максимальная
мощность будет равно:
Rн = rоэ
При этом значение максимальной мощности,
которая может выделена в нагрузке Rн будет
равна
2
э
E
Рmax =
4rоэ

164.

Полезная мощность, выделяющаяся в
нагрузке, определяется уравнением
Eэ
Р = I Rн =
Rн
2
(rоэ + Rн )
2
Полная активная мощность, выделяемая
активным двухполюсником, равна
2
э
E
Рполн = Eэ I =
rоэ + Rн

165.

Коэффициент полезного действия
Р
Rн
=
=
Рполн rоэ + Rн
при
Rн = rоэ
= 0,5
Для мощных электротехнических устройств такое
низкое значение КПД недопустимо. Но в электронных
устройствах и схемах, где величина Р измеряется в
милливаттах, с низким КПД можно не считаться,
поскольку в этом режиме обеспечивается
максимальная передача мощности на нагрузку

166. Занятие 17 ( 2 часа) Контрольная работа №2

167. Занятие 18 Понятие об электрических схемах

168.

а) Общие определения
При разработке, монтаже и эксплуатации
электрических устройств и установок необходимы
электрические схемы.
Схема электрической цепи — это графическое
изображение, содержащее условные обозначения
элементов электрической цепи и показывающее
соединения между ними.
В практике различают схемы принципиальные,
схемы соединений (монтажные) и др.
Для расчета электрических цепей составляют
также схемы замещения (расчетные).

169.

• Принципиальная схема определяет полный
состав элементов и связей между ними.
Она, как правило, дает детальное
представление о принципах работы
электрического изделия, установки.
• Схема соединений (монтажная) показывает
соединения составных частей изделия,
установки, определяет провода, жгуты,
кабели, которыми эти соединения
осуществляются, а также места их
присоединения и ввода.

170.

По принципиальной схеме изучают
принципы работы изделий,
установок;
по схемам соединения
осуществляют монтаж и
присоединения их составных
частей, те и другие схемы
используют при наладке,
регулировке, контроле, ремонте и
эксплуатации изделий, установок.

171.

• Схема замещения электрической цепи
отображает свойства этой цепи при
определенных условиях и применяется
при расчетах.
• На схеме замещения изображают все
элементы, влиянием которых на
результаты расчета пренебречь нельзя,
и указывают электрические соединения
между ними, соответствующие
принципиальной схеме.

172.

а) принципиальная электрическая схема
электроустановки

173.

б) схема замещения электрической цепи

174. б) Источники электрической энергии.

Источники электрической энергии
являются необходимым элементом
любой электрической цепи.
Их разделяют на идеальные и реальные
источники.
В свою очередь, идеальные источники
делятся на источники электродвижущей
силы (ЭДС) и источники тока .

175.

Зависимость напряжения и на зажимах
реального источника от тока I через
источник может быть различной,
В простейшем случае у источника
постоянной э. д. с. эта зависимость
выражается уравнением
U = E − ro I
Из формулы следует, если
U =E
то

176.

Источники ЭДС - это такие элементы электрической
цепи, у которых напряжение на выходе не зависит от
величины и направления протекания тока, их
внутреннее сопротивление равно нулю, их
вольтамперные характеристики представляют собой
прямые линии параллельные оси I

177.

• Идеальным источником тока называется
источник с, внутренним сопротивлением,
равным бесконечности, и током, не
зависящим от сопротивления нагрузки цепи,
т. е. током, значение которого не зависит от
значения напряжения и равно току короткого
замыкания Iкз источника питания.
• На электрических схемах источники тока
изображают в виде окружностей с двумя
стрелками внутри, указывающими
положительное направление тока, и
написанной рядом с окружностью буквой I

178.

• Вольтамперная характеристика идеального
источника тока представляет собой прямую
линию параллельную оси U

179. Схемы замещения элементов электрических цепей

Реальный источник электрической энергии может быть
представлен двумя схемами замещения:
• последовательным соединением источника э.д.с. и
сопротивления
• или параллельным соединением источника тока и
проводимости.

180. Схемы замещения источников

181.

Все элементы электрической цепи
условно можно разделить на активные и
пассивные.
Активным называется элемент,
содержащий в своей структуре источник
электрической энергии.
К пассивным относятся элементы, в
которых рассеивается (резисторы) или
накапливается (катушка индуктивности и
конденсаторы) энергия.

182.

183.

184.

185.

186. Занятие 19 Задачи расчета электрических цепей

187.

Для расчета и анализа реальная
электрическая цепь представляется
графически в виде расчетной
электрической схемы (схемы замещения).
В этой схеме реальные элементы цепи
изображаются условными
обозначениями, причем вспомогательные
элементы цепи обычно не изображаются,
а если сопротивление соединительных
проводов намного меньше сопротивления
других элементов цепи, его не
учитывают.

188.

Источник питания показывается как источник
ЭДС E с внутренним сопротивлением r0,
реальные потребители электрической энергии
постоянного тока заменяются их
электрическими параметрами: активными
сопротивлениями R1, R2, …, Rn.
С помощью сопротивления R учитывают
способность реального элемента цепи
необратимо преобразовывать электроэнергию
в другие виды, например, тепловую или
лучистую.

189.

Принципиальная электрическая схема
простейшей электрической цепи,
обеспечивающей работу осветительной
аппаратуры, представлена на рисунке.

190.

Данная принципиальная схема может
быть представлена в виде расчетной
электрической схемы, в которой есть
источник питания с ЭДС E и внутренним
сопротивлением r0, а потребители
электрической энергии: регулировочный
реостат R, электрические лампочки EL1 и
EL2 заменены активными
сопротивлениями R, R1 и R2.

191.

192.

При расчете в схеме электрической цепи
выделяют несколько основных элементов.
Ветвь электрической цепи (схемы) –
участок цепи с одним и тем же током. Ветвь
может состоять из одного или нескольких
последовательно соединенных элементов.
Данная схема имеет три ветви:
➢ ветвь bma, в которую включены элементы r0,
E, R и в которой возникает ток I;
➢ ветвь ab с элементом R1 и током I1;
➢ ветвь anb с элементом R2 и током I2.

193.

Узел электрической цепи (схемы) –
место соединения трех и более ветвей.
В данной схеме– два узла a и b.
Ветви, присоединенные к одной паре
узлов, называют параллельными.
Сопротивления R1 и R2
находятся в параллельных ветвях.

194.

Контур – любой замкнутый путь,
проходящий по нескольким ветвям.
В данной схеме можно выделить три
контура:
I – bmab; II – anba; III – manbm,
на схеме стрелкой показывают направление
обхода контура.
Условные положительные направления ЭДС
источников питания, токов во всех ветвях,
напряжений между узлами и на зажимах
элементов цепи необходимо задать для
правильной записи уравнений, описывающих
процессы в электрической цепи или ее
элементах.

195.

На схеме стрелками укажем положительные
направления ЭДС, напряжений и токов:
а) для ЭДС источников – произвольно, но при
этом следует учитывать, что полюс (зажим
источника), к которому направлена стрелка,
имеет более высокий потенциал по
отношению к другому полюсу;
б) для токов в ветвях, содержащих источники
ЭДС – совпадающими с направлением ЭДС;
во всех других ветвях произвольно;
в) для напряжений – совпадающими с
направлением тока в ветви или элемента
цепи.

196. Занятие 20. Законы Кирхгофа

197.

а) Первый закон Кирхгофа
В любом узле электрической цепи
алгебраическая сумма токов равна нулю
m
I = 0
к =1
k
где m – число ветвей подключенных к узлу.
При записи уравнений по первому закону
Кирхгофа токи, направленные к узлу, берут со
знаком «плюс», а токи, направленные от узла –
со знаком «минус». Например, для узла а :
I - I1 - I2 = 0.

198. Первый закон Кирхгофа Смотреть

199. б) Второй закон Кирхгофа

В любом замкнутом контуре электрической цепи
алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической
сумме падений напряжений на всех его участках
n
m
m
E = I R = U
к =1
k
к =1
k
k
к =1
k
где n – число источников ЭДС в контуре;
m – число элементов с сопротивлением Rк в
контуре;
Uк = RкIк – напряжение или падение напряжения на
к-м элементе контура.

200.

Для заданной схемы запишем уравнение по
второму закону Кирхгофа:
E = UR + U1.
Если в электрической цепи включены
источники напряжений, то второй закон
Кирхгофа формулируется в следующем виде:
алгебраическая сумма напряжений на всех
элементах контуру, включая источники ЭДС
равна нулю
m
U = 0
к =1
k

201.

При записи уравнений по второму закону
Кирхгофа необходимо:
1) задать условные положительные
направления ЭДС, токов и напряжений;
2) выбрать направление обхода контура, для
которого записывается уравнение;
3) записать уравнение, пользуясь одной из
формулировок второго закона Кирхгофа,
причем слагаемые, входящие в уравнение,
берут со знаком «плюс», если их условные
положительные направления совпадают с
обходом контура, и со знаком «минус», если
они противоположны.

202.

Запишем уравнения по II закону Кирхгофа
для контуров электрической заданной
схемы:
• контур I: E = RI + R1I1 + r0I,
• контур II: R1I1 + R2I2 = 0,
• контур III: E = RI + R2I2 + r0I.

203. Второй закон Кирхгофа смотреть

204. Занятие 21. Способы соединения сопротивлений и расчет эквивалентного сопротивления электрической цепи

205.

Сопротивления в электрических цепях
могут быть соединены последовательно,
параллельно, по смешанной схеме и по
схемам «звезда», «треугольник».
Расчет сложной схемы упрощается, если
сопротивления в этой схеме заменяются
одним эквивалентным сопротивлением
Rэкв, и вся схема представляется в виде
схемы , представленной на рисунке, где
R=Rэкв, а расчет токов и напряжений
производится с помощью законов Ома и
Кирхгофа.

206. а) Электрическая цепь с последовательным соединением элементов

Последовательным называют такое соединение
элементов цепи, при котором во всех включенных в
цепь элементах возникает один и тот же ток I

207.

При последовательном соединении
элементов цепи общее эквивалентное
сопротивление цепи равно арифметической
сумме сопротивлений отдельных участков.
Следовательно, цепь с любым числом
последовательно включенных сопротивлений
можно заменить простой цепью с одним
эквивалентным сопротивлением Rэкв.
Для заданной схемы:
Rэкв = R1 + R2 + R3.

208.

В общем случае
Общее сопротивление такой цепи равно:
R общ = R1 + R2 + ..... + Rn
Напряжения в такой цепи равны:
Uобщ = U1 + U2 + ..... + Un
Токи в такой цепи равны:
I общ = I1 = I2 = ......= In

209. б) Электрическая цепь с параллельным соединением элементов

Параллельным соединением резисторов
называется такое соединение, при котором
начала всех резисторов соединены в одну
общую точку, концы резисторов соединены в
другую общую точку.
Эти точки называются узловыми точками или
узлами.
Линии цепи между двумя узловыми точками
называются ветвями.

210.

Общее сопротивление такой
цепи равно:
Для двух резисторов
Напряжения в такой цепи равны:
Uобщ = U1= U2= .....= Un
Токи в такой цепи равны:
I общ = I1+ I2 +.....+ In

211. в) Электрическая цепь со смешанным соединением элементов

В схемах со смешанным соединением
резисторов имеются элементы как
последовательного, так и
параллельного соединения .

212.

При расчете схем со смешанным соединением
необходимо учитывать формат схемы, т.е. каким
образом соединены резисторы между собой. Для
каждой схемы необходимо составлять свою систему
уравнений.
Методика расчета схем смешанного соединения
резисторов следующая:
• определить наличие и количество контуров с
параллельно соединенными резисторами;
• определить величину эквивалентного сопротивления
каждого из данных контуров;
• найти сумму значений эквивалентных сопротивлений
и сопротивлений последовательно соединенных
резисторов.

213.

Например, имеем схему из трех резисторов. в
которой два резистора R1 и R2 включены
параллельно, а к ним последовательно
подсоединены два резистора R3 и R4.
Расчет произведем следующим образом:
Определим эквивалентное сопротивление
контура из параллельно соединенных
резисторов

214.

• Определим общее сопротивление всей
цепи:
Rобщ = Rэкв + R3 + R4

215. г) Потенциальная диаграмма неразветвленной электрической цепи

Потенциальная диаграмма – это график
распределения потенциалов вдоль
любого участка цепи или контура.
При этом по оси абсцисс откладывается
сопротивление участков цепи, а по оси
ординат – потенциалы между этими
участками.

216.

Рис.20.4 Электрическая
схема
Рис.20.5. Потенциальная
диаграмма цепи

217. Занятие 22. Расчет электрических цепей

218.

а) Расчет электрической цепи методом
свертывания
В соответствии с методом свертывания,
отдельные участки схемы упрощают и
постепенным преобразованием приводят
схему к одному эквивалентному (входному)
сопротивлению, включенному к зажимам
источника.
Схема упрощается с помощью замены группы
последовательно или параллельно
соединенных сопротивлений одним,
эквивалентным по сопротивлению.
Определяют ток в упрощенной схеме, затем
возвращаются к исходной схеме и
определяют в ней токи.

219.

Рассмотрим схему на рис. 21.1.
Пусть известны величины сопротивлений R1, R2, R3, R4,
R5, R6, ЭДС Е.
Необходимо определить токи в ветвях схемы.

220.

Сопротивления R4 и R5 соединены последовательно, а
сопротивление R6 - параллельно с ними, поэтому их
эквивалентное сопротивление
После проведенных преобразований схема принимает
вид, показанный на рис. 21.2, а эквивалентное
сопротивление всей цепи

221.

Ток I1 в неразветвленной части схемы
определяется по формуле:
Найдем токи I2 и I3 в схеме на рис. 21.2 по
формулам:

222.

I3 = I1 - I2 ; формула получается из уравнения,
составленного по первому закону Кирхгофа:
I1 - I2 - I3 = 0.
Переходим к исходной схеме на рис. 21.1 и
определим токи в ней по формулам:
I6 = I3 - I4
(в соответствии с первым законом Кирхгофа
I3 - I4 - I6 =0 ).

223. б) Расчет электрических цепей с использованием законов Ома и Кирхгофа

Законы Ома и Кирхгофа используют, как
правило, при расчете относительно
простых электрических цепей с
небольшим числом контуров, хотя
принципиально с их помощью можно
рассчитать сколь угодно сложные
электрические цепи.

224.

При расчете электрических цепей в
большинстве случаев известны
параметры источников ЭДС или
напряжения, сопротивления элементов
электрической цепи, и задача сводится
к определению токов в ветвях цепи.
Зная токи, можно найти напряжения на
элементах цепи, мощность,
потребляемую отдельными элементами
и всей цепью в целом, мощность
источников питания и др.

225.

Расчет цепи с одним источником
питания
Электрическая цепь, схема которой
приведена на рис. 21.3, состоит из
одного источника питания, имеющего
ЭДС E и внутреннее сопротивление r0,
и резисторов R1, R2, R3, подключенных к
источнику по смешанной схеме.
Операции расчета такой схемы
рекомендуется производить в
определенной последовательности.

226.

Рис.21.3

227.

1. Обозначение токов и напряжений на
участках цепи.
Резистор R1 включен последовательно с
источником, поэтому ток I1 для них
будет общим, токи в резисторах R2 и R3
обозначим соответственно I2 и I3.
Аналогично обозначим напряжения на
участках цепи.

228.

2. Расчет эквивалентного сопротивления
цепи.
Резисторы R2 и R3 включены по
параллельной схеме и заменяются
эквивалентным сопротивлением:

229.

В результате цепь на рис. 22.3
преобразуется в цепь с
последовательно соединенными
резисторами R1, R23 и r0. Тогда
эквивалентное сопротивление всей
цепи запишется в виде:

230.

3. Расчет тока в цепи источника.
Ток I1 определим по закону Ома

231.

4. Расчет напряжений на участках цепи.
По закону Ома определим величины
напряжений:

232.

Напряжение U на зажимах ab источника
питания определим по второму закону
Кирхгофа для контура I (рис. 21.3):

233.

5. Расчет токов и мощностей для всех
участков цепи. Зная величину
напряжения U23, определим по закону
Ома токи в резисторах R2 и R3:

234.

Определим величину активной
электрической мощности, отдаваемую
источником питания потребителям
электрической энергии:
В элементах схемы расходуются
активные мощности:

235.

На внутреннем сопротивлении r0
источника питания расходуется часть
электрической мощности, отдаваемой
источником. Эту мощность называют
мощностью потерь

236.

6. Проверка правильности расчетов.
Эта проверка производится
составлением уравнения баланса
мощностей : мощность, отдаваемая
источником питания, должна быть
равна сумме мощностей, расходуемых
в резистивных элементах схемы:

237.

Кроме того, правильность вычисления
токов можно проверить, составив
уравнение по первому закону Кирхгофа
для узла схемы:

238.

Расчет разветвленной электрической
цепи с несколькими источниками
питания
Основным методом расчета является
метод непосредственного применения
первого и второго законов Кирхгофа.

239.

В качестве примера рассмотрим цепь,
схема которой приведена на рис. 21.4.
Схема цепи содержит 6 ветвей (m=6) и 4
узла: a, b, c, d (n=4).
По каждой ветви проходит свой ток,
следовательно число неизвестных
токов равно числу ветвей, и для
определения токов необходимо
составить m уравнений.

240.

При этом по первому закону Кирхгофа
составляют уравнения для (n–1) узлов.
Недостающие m–(n–1) уравнения
получают по второму закону Кирхгофа ,
составляя их для m–(n–1) взаимно
независимых контуров.
Рекомендуется выполнять операции
расчета в определенной
последовательности.

241.

Рис. 22.4.

242.

1. Обозначение токов во всех ветвях.
Направление токов выбираем
произвольно, но в цепях с источниками
ЭДС рекомендуются, чтобы
направление токов совпадало с
направлением ЭДС.

243.

2. Составление уравнений по первому закону
Кирхгофа.
Выбираем 4–1=3 узла (a, b, c) и для них
записываем уравнения:

244.

3. Составление уравнений по второму закону
Кирхгофа. Необходимо составить 6–3=3
уравнения.
В схеме на рис. 21.4 выбираем контура I, II, III и
для них записываем уравнения:

245.

246.

4. Решение полученной системы
уравнений и анализ результатов.
Полученная система из шести уравнений
решается известными
математическими методами.
Если в результате расчетов численное
значение тока получено со знаком
«минус», это означает, что реальное
направление тока данной ветви
противоположно принятому в начале
расчета.

247.

Если в ветвях с ЭДС токи совпадают по
направлению с ЭДС, то данные
элементы работают в режиме
источников, отдавая энергию в схему. В
тех ветвях, где направления тока и ЭДС
не совпадают, источники ЭДС работает
в режиме потребителя.

248.

5. Проверка правильности расчетов.
Для проверки правильности
произведенных расчетов можно на
основании законов Кирхгофа написать
уравнения для узлов и контуров схемы,
которые не использовались при
составлении исходной системы
уравнений:

249.

узел d: I3 + I6 - I1 = 0
внешний контур схемы:
E1 - E2 = I1(r01 + R1 ) + I2R2 - I5(r02 + R5
+R6 ) +I6 R7.
Независимой проверкой является составление
уравнения баланса мощностей с учетом
режимов работы элементов схемы с ЭДС:

250.

Если активная мощность, поставляемая
источниками питания, равна по
величине активной мощности,
израсходованной в пассивных
элементах электрической цепи, то
правильность расчетов подтверждена.

251. в) Соединение элементов электрической цепи по схемам «звезда» и «треугольник»

В электротехнических и электронных
устройствах элементы цепи
соединяются по мостовой схеме
(рис. 21.5).
Сопротивления R12, R13, R24, R34 включены
в плечи моста, в диагональ 1–4 включен
источник питания с ЭДС Е, другая
диагональ 3–4 называется
измерительной диагональю моста.

252.

Рис. 22.5

253.

В мостовой схеме сопротивления R13, R12, R23 и R24,
R34, R23 соединены по схеме «треугольник».
Эквивалентное сопротивление этой схемы можно
определить только после замены одного из
треугольников, например треугольника R24 R34 R23
звездой R2 R3 R4 (рис. 22.6).
рис. 22.6

254.

Такая замена будет эквивалентной, если она не
вызовет изменения токов всех остальных
элементов цепи. Для этого величины
сопротивлений звезды должны рассчитываться
по следующим соотношениям:

255.

Для замены схемы «звезда»
эквивалентным треугольником
необходимо рассчитать сопротивления
треугольника:

256.

После проведенных преобразований
(рис. 22.6) можно определить величину
эквивалентного сопротивления
мостовой схемы (рис. 22.5)

257. Занятие 23 ( 2 часа) Нелинейные элементы электрических цепей

258.

а) Основные определения
В линейной электрической цепи
сопротивления ее элементов не зависят
от величины или направления тока или
напряжения.
Вольтамперные характеристики
линейных элементов (зависимость
напряжения на элементе от
тока) являются прямыми линиями (рис.
23.1).

259.

Рис. 23.1

260.

Определим величину линейного сопротивления
по характеристике (см. рис. 23.1.)
Таким образом, значение линейного элемента
не зависит от изменения напряжения и тока
В нелинейной электрической цепи
сопротивления ее элементов зависят от
величины или направления тока или
напряжения.

261.

Нелинейные элементы имеют
криволинейные вольтамперные
характеристики, симметричные или
несимметричные относительно осей
координат.
Сопротивления нелинейных элементов с
симметричной характеристикой не
зависят от направления тока.
Сопротивления нелинейных элементов с
несимметричной характеристикой
зависят от направления тока.

262.

Например, электролампы, термисторы имеют
симметричные вольтамперные
характеристики (рис. 23.2), а
полупроводниковые диоды - несимметричные
характеристики (рис. 23.3).
Рис.23.2. Вольтамперная симметричная характеристика
нелинейного элемента

263.

Рис.23.3. Вольтамперная несимметричная характеристика
нелинейного элемента

264.

б) Графический метод расчета нелинейных цепей
постоянного тока
Известные аналитические методы непригодны для
расчета нелинейных электрических цепей, так как
сопротивления нелинейных элементов зависят от
направления и значения тока или напряжения.
Применяются графоаналитические методы,
основанные на применении законов Кирхгофа и
использовании заданных вольтамперных
характеристик (ВАХ) этих элементов. Рассмотрим
электрическую цепь, состоящую из двух
последовательно соединенных нелинейных
сопротивлений н.с.1 и н.с.2 (рис. 23.4).
ВАХ 1 и ВАХ 2 приведены на рис. 23.5.

265.

Рис. 23.4. Схема электрической цепи из двух последовательно
соединенных нелинейных сопротивлений

266.

К цепи подведено напряжение U, и
оно равно сумме падений напряжений
на н.с.1 и н.с.2:
По всей цепи протекает один и тот же
ток I, так как н.с.1 и н.с.2 соединены
между собой последовательно.
Для определения тока в электрической
цепи нужно построить результирующую
ВАХ цепи.

267.

Рис. 23.5. Вольтамперная характеристика
электрической цепи из двух последовательно
соединенных нелинейных сопротивлений

268.

Для построения этой характеристики следует
суммировать абсциссы кривых 1 и 2
(аг = аб + ав), соответствующие одним и те же
значениям тока.
Далее, задаваясь произвольным значением
тока (например, больше I' и меньше I' ) можно
построить ВАХ всей цепи (рис. 23.5, кривая
3).
Затем, пользуясь этой ВАХ, можно найти
искомый ток всей цепи и искомые
напряжения на н.с.1 и н.с.2.

269. Контрольная работа №4

270. Занятие 24.(2 часа) Магниты и магнитное поле

271.

Рис.24.1. Опилки
на полюсах магнита
а) Постоянные магниты
В отличие от
электромагнитов,
приобретающих
магнитные свойства лишь
при включении тока,
постоянные магниты
имеют эти свойства
изначально и сохраняют
их неограниченно долго.
Любой магнит имеет не
менее двух полюсов.

272.

Рис.24.2. Ориентированный
по сторонам
горизонта магнит
Подвешенный
полосовой магнит на
длинной нити
расположится так, что
один из его полюсов
укажет в сторону
северной части
горизонта, а другой – в
сторону южной.
Поэтому полюсы
магнита называются
северным (N) и южным
(S) полюсами.

273.

одноименные полюса магнитов или
магнитных стрелок отталкиваются,
а разноименные – притягиваются.
Рис. 23.3. Ориентированные относительно
друг друга магнитные стрелки

274.

б) Магнитное поле проводника с током:
В пространстве вокруг провода с током
существует силовое поле.
Это поле вокруг проводника с током называют
магнитным полем.
Рис.24.4. Тока в проводе нет
Рис.24.5 Ток в проводе есть

275.

Магнитное поле обнаруживается
благодаря магнитным явлениям:
❖притяжению и отталкиванию проводов с
токами или намагниченных тел,
❖действию проводника с током на
магнитную стрелку,
❖электромагнитной индукции.

276. Видео. Магнитное действие тока Смотреть

277. Видео. Магнитное поле проводника с током смотреть

278. Видео. Магнитное поле катушки с током смотреть

279.

б) Магнитная индукция
Количественная оценка магнитной индукции:
Для оценки интенсивности магнитного поля
введено понятие магнитной индукции.
Магнитная индукция обозначается буквой В.
Магнитная индукция — векторная величина,
характеризующая магнитное поле и
определяющая силу, действующую на
движущуюся заряженную частицу со
стороны магнитного поля.

280.

Модулем вектора магнитной индукции является
отношение максимальной силы,
действующей со стороны магнитного поля на
участок проводника с током, к произведению
силы тока в проводнике на длину этого
участка:
Где: В - магнитная индукция " Тесла" [ Тл ]
I - сила тока в проводнике, А
∆l – длина участка проводника, м

281.

Линии магнитной индукции
Графически магнитное поле можно
изобразить с помощью линий магнитной
индукции.
Магнитное поле тока прямолинейного
провода имеет линии магнитной
индукции в виде окружностей, лежащих
в плоскостях, перпендикулярных
направлению тока, с центром на оси
провода

282.

Направление магнитной
индукции определяется с
помощью правила
буравчика:
• Если направление
поступательного движения
буравчика (винта)
совместить с направлением
тока в проводе, то вращение
рукоятки (головки винта)
покажет направление линий
магнитной индукции.
Рис. 24. 6. Линии магнитной индукции
прямолинейного проводника с током

283.

в) Напряженность магнитного поля
• Для расчета магнитный полей
применяют и другую физическую
величину – напряженность магнитного
поля Н .
• Единицей напряженности магнитного
поля является Ампер/метр (А/м)

284.

Связь между магнитной индукцией и
напряженностью магнитного поля для
немагнитных материалов определяется
выражением
Где: В – магнитная индукция, Тл
Н – напряженность магнитного поля, А/м.
- магнитная постоянная

285.

г) Магнитный поток
Величина магнитной индукции,
проходящей через поверхность
площадью s, перпендикулярной вектору
магнитной индукции, называется
магнитным потоком Ф.
Рис.24.7. Магнитный поток

286.

287.

Величина магнитного потока
определяется по формуле:
Где: Ф – магнитный поток Вб, вебер.
В- магнитная индукция, Тл
s – площадь площадки, м2

288. Занятие 25. Магнитные свойства веществ

289.

а) Ферромагнетики, диамагнетики и
парамагнетики
Вещества, помещенные в магнитное
поле, ведут себя по-разному.
Такие вещества, как золото, серебро,
медь, цинк и ряд других, незначительно
ослабляют магнитное поле внутри
вещества.
Их называют диамагнетиками.

290.

Платина, магний, алюминий, хром, палладий,
щелочные металлы, кислород и др. наоборот
незначительно увеличивают магнитное поле.
Они называются парамагнетиками.
Вещества, в которых собственное (внутреннее)
магнитное поле может в сотни и тысячи раз.
превосходить вызвавшее его внешнее поле,
называются ферромагнетиками.
К ним относятся железо (Fe), кобальт (Со),
никель (Ni), некоторые редкоземельные
элементы, а также сплавы на базе этих
элементов.

291.

292.

В электротехнике принято подразделять все вещества
на магнитные (ферромагнетики) и немагнитные
(диамагнетики и парамагнетики).
Ферромагнетизм обусловлен наличием в веществе
маленьких намагниченных областей — доменов, в
которых магнитные моменты атомов имеют одно и то
же направление. Каждый домен является маленьким
магнитом.
Ферромагнетик состоит из большого числа доменов,
которые при отсутствии внешнего магнитного поля
ориентированы произвольным образом, так что
ферромагнетик остается немагнитным.

293.

б) Магнитная индукция и напряженность магнитного
поля ферромагнетиков
Для расчета индукции магнитного поля В в
ферромагнетике используют выражение, которое
учитывает способность к намагничиванию
материала,
где: Н — напряженность внешнего магнитного поля;
r - относительная магнитная проницаемость
материала;
a - абсолютная магнитная проницаемость материала.
B – магнитная индукция
Для ферромагнетиков r » 1, в то время как в
немагнитных материалах r = 1.

294. Видео. Гистерезис. Смотреть

295.

в) Характеристики магнитных материалов
Основными характеристиками
ферромагнетиков являются петля
гистерезиса (рис. 25.2) и кривая
намагничивания В(Н).
Рассмотрим процесс намагничивания
магнитного материала.
Для этой цели намотаем на стальной
сердечник обмотку и будем по ней
пропускать постоянный ток. Предположим,
что сердечник электромагнита ранее не был
намагничен.

296.

Рис.25.1. Схема опыта

297.

Рис.25.2. Петля гистерезиса.

298.

Увеличивая проходящий по виткам обмотки ток I от
нуля, мы тем самым будем увеличивать
намагничивающую силу и напряженность поля Н.
Величина магнитной индукции В сердечнике будет
также увеличиваться.
Кривая намагничивания Оа имеет прямолинейную
часть, а затем вследствие насыщения кривая
поднимается медленно, приближаясь к горизонтали.
Если теперь, достигнув точки а , уменьшать Н, то
будет уменьшаться и В. Однако уменьшение В
при уменьшении Н, т. е. при размагничивании, будет
происходить с запаздыванием по отношению к
уменьшению Н. Величина остаточной индукции при
Н =0 характеризуется отрезком Об.

299.

Для того чтобы магнитная индукция в сердечнике стала
равной нулю, необходимо намагничивать материал в
обратном направлении, т. т.е. перемагничивать его.
Для этой цели направление тока в обмотке меняется
на обратное. Направление магнитных линий и
напряженности поля также изменяется. При
напряженности поля Н=ов, индукция в сердечнике
равна нулю и материал сердечника полностью
размагничен.
Значение напряженности поля Н = ов при В = 0
является определенной характеристикой материала
и называется задерживающей (коэрцитивной) силой.
Повторяя процесс перемагничивания, мы получаем
замкнутую кривую а б в г д е а, называемую петлей
гистерезиса.

300.

Если величина напряженности магнитного поля
превышает значение, при котором наступает
магнитное насыщение, т. е. Нmax > HS, то размеры
петли больше не увеличиваются, растут только
безгистерезисные участки (а и г см. на рис. 25.2.)
Такая петля называется предельной петлей
гистерезиса.
Намагничивание ферромагнитного материала, впервые
помещенного в магнитное поле, происходит по линии
оа. Точки в и е предельной петли гистерезиса
соответствуют коэрцитивной силе Нс(-Нс), а точки б
и д дают значения остаточной индукции Вг(-Вг).

301.

Рис.25.3. Петли гистерезиса магнитомягких
и магнитотвердых материалов

302.

В зависимости от значения коэрцитивной силы все
магнитные материалы принято делить на
магнитомягкие (кривая 1 рис.25.3;) и магнитотвердые
(кривая-2).
Магнитомягкие материалы имеют малую
коэрцитивную силу и узкую петлю гистерезиса.
Применяют эти материалы в таких электротехнических
устройствах, как электрические машины,
трансформаторы, электрические аппараты и др.
Магнитотвердые материалы имеют большую
коэрцитивную силу и широкую петлю гистерезиса.
Будучи намагниченными, они сохраняют
намагниченность и после снятия намагничивающего
поля. Из таких материалов изготовляют постоянные
магниты, которые широко применяются в различных
устройствах.

303. Занятие 26. Классификация, элементы и характеристики магнитных цепей

304.

Для электрических машин и многих
электротехнических устройств основным
функциональным элементом является
магнитная система. Обычно магнитную
систему представляют в виде магнитной
цепи.
Магнитная цепь содержит источники
магнитного поля, систему магнитопроводов
из ферромагнитного материала, другие
вещества или воздушный зазор, по которым
замыкается магнитный поток (рис. 26.1).

305.

306.

Рис.26.1. Неразветвленная магнитная цепь

307.

В качестве источника магнитного поля
обычно применяется катушка с числом
витков w1 , по которой протекает ток I.
Обмотка с током возбуждает магнитное
поле и характеризуется магнитодвижущей силой (МДС)
Где: F – магнитодвижущая сила, А
I - сила тока, А
w – количество витков катушки.

308.

Единицей МДС является ампер (А), еще эту
единицу называют ампер-виток.
В магнитной цепи МДС играет такую же роль,
как ЭДС в электрической.
Магнитная цепь может быть неразветвленной
(см. рис. 26.1) и разветвленной (см. рис.
26.2).
Реальная магнитная цепь характеризуется не
только магнитным потоком Ф, протекающим
по магнитопроводу, но и потоками рассеяния
Ф, а также выпучиванием магнитных силовых
линий в области воздушного зазора.

309.

Рис.26.2. Разветвленная магнитная цепь

310. Занятие 27. Основные законы магнитной цепи. Расчет простейших магнитных цепей

311.

а) Законы Кирхгофа для магнитных
цепей.
Расчет магнитных цепей проводится на
основе законов Кирхгофа для
магнитных цепей. Этих законов два.
• Первый закон Кирхгофа
• Второй закон Кирхгофа

312.

Первый закон Кирхгофа
Применяют к магнитным узлам
разветвленной магнитной цепи.
Согласно этому закону алгебраическая
сумма потоков равна нулю.
Для цепи (см. рис. 26.2) имеем

313.

Второй закон Кирхгофа
Применяют к магнитным контурам.
В соответствие с этим законом
алгебраическая сумма
магнитных напряжений равна
алгебраической сумме
намагничивающих сил в контуре.
Для контура АВСD (см. рис.26.2)
получаем
- магнитные напряжения на
различных участках магнитной
цепи

314.

Единицей магнитного напряжения
является Ампер (А)
При расчете магнитных цепей применяют
закон Ома для участка магнитной цепи.
Магнитное сопротивление выражается
отношением

315.

Определим магнитное
сопротивление магнитопровода
цепи, изображенной на рисунке.
Магнитное сопротивление воздушного зазора Rм.в.той же
цепи равно.
Где:
- магнитные напряжения
магнитопровода и воздушного зазора соответственно;
S — площадь магнитного сердечника.

316.

б) Примеры расчета магнитной цепи.
При расчете неразветвленной магнитной
цепи различают две задачи: прямую и
обратную.
В прямой задаче известны
геометрические размеры, магнитные
свойства магнитопровода и значение
магнитной индукции В или магнитного
потока Ф.

317.

В обратной задаче по заданному значению
МДС обмотки расчета магнитной цепи
определяется магнитный поток или индукции.
Задача решается методом
последовательных приближений, когда
произвольно задаются значением искомого
магнитного потока и решают прямую задачу,
находя соответствующую МДС.
Если она не соответствует заданной, изменяют
значение потока и снова решают прямую
задачу.
Процесс повторяют до получения
удовлетворительного совпадения расчетной
МДС с заданной.

318.

Пример 1:
Рассмотрим прямую задачу
для магнитной цепи
Последовательность
решения:
По закону полного тока
Где:
Поток связан с индукцией соотношением Ф = BS,
поэтому при заданном потоке находим индукцию В.
Затем по кривой намагничивания В(Н) находим Н,
затем находим Iw.

319.

Задача:
Определить количество витков обмотки
электромагнита (рис.27.3.) ,
если ток электромагнита I=20А,
а поток, при котором якорь начинает
притягиваться равен Ф=30∙10 -4 Вб.
Магнитопровод изготовлен из
электротехнической стали ЭЗЗ0.
Размеры электромагнита:
l1 = 30 см; l2=5 см; l3 = l4 = 12 см; lв = 0,5 см;
S1 = 30 см2; S3 = 25 см2.

320.

Рис.27.3. Магнитная цепь электромагнита

321.

Решение:
1.
Определим магнитную индукцию на участках
магнитопровода:
2.
По кривой намагничивания для стали Э330 ( см.
рис.27.4) определяем напряженность магнитного
поля Н1 и Н3

322.

Рис.27.4. Кривая намагничивания стали Э330

323.

Напряженность в воздушном зазоре
Нв = 8 ∙ 105В1= 8∙105 А/м.
Магнитодвижущая сила
Iw = Н1(2l1 +l4) + Hв∙2lв + H3(2l2 + l3) =
312,5 ∙ (2 ∙30 + 12) ∙ 10 -2 + 8∙105∙2∙ 0,5 ∙10 -2 +
500(2∙2,25 + 12) ∙10 -2 = 8310 А.
Число витков

324. Занятие 28. Сила Ампера

325. Видео. Проводник в магнитном поле Смотреть

326.

а) Опыт по определению силы Ампера
Рис.28.1. В проводнике тока нет.
Рис.28.2. По проводнику
протекает ток

327.

Если концы провода присоединить к
источнику постоянного тока, то провод
втягивается внутрь магнита (рис.28.2).
Переменив подключение концов провода
к "+" и "–" источника тока, мы
обнаружим, что провод выталкивается
из промежутка между полюсами
магнита.
Сила, действующая на проводник с
током, находящемся в поле
постоянного магнита называется
электромагнитной силой или силой
Ампера.

328.

Рис. 28. 3. Определение направления действия силы Ампера.

329.

Любая сила характеризуется величиной и направлением.
На проводник с током в магнитном поле действует сила
Ампера, величина которой определяется формулой:
где: В — магнитная индукция, Тл;
I —ток в проводе, А;
l —длина части провода, расположенной в магнитном поле, м;
F — величина электромагнитной силы, Н.
На провод с током, расположенным вдоль линий
магнитной индукции, магнитное поле не действует.

330.

Направление электромагнитной силы
наиболее определяется по правилу
левой руки.
Правило левой руки :
Если расположить левую руку так, чтобы
линии магнитной индукции «входили» в
ладонь, вытянутые четыре пальца
показывали направление тока в
проводе, то большой отогнутый палец,
покажет направление электромагнитной
силы.

331. Занятие 29. Электромагнитная индукция.

332. Видео. Электромагнитная индукция Смотреть

333.

а) Явление электромагнитной индукции:
Если проводник без тока перемещать в
поле постоянного магнита, то на концах
проводника возникает электродвижущая
сила. То есть проводник становится
источником электрической энергии.
Это явление называется явлением
электромагнитной индукции.

334.

Индуктированная э. д. с. возникает в следующих трех
случаях:
➢ Когда движущийся проводник пересекает неподвижное
магнитное поле или перемещающееся магнитное поле
пересекает неподвижный проводник;
➢ Когда переменное магнитное поле одного проводника,
действуя на другой проводник, индуктирует в нем э. д. с.
(взаимоиндукция).
➢ Когда изменяющееся магнитное поле проводника
индуктирует в нем самом ЭДС,
(самоиндукция).

335.

б) Определение величины и направления
индуктированной эдс:
Электродвижущая сила (эдс) характеризуется
величиной и направлением.
Величина эдс определяется по формуле:
Где: е – индуктированная эдс, В.
В – магнитная индукция магнита, Тл.
l – длина проводника, м.
v – скорость движения проводника, м/с.
α – угол между магнитными линиями и
проводником, °.

336.

Рис.29.1. Определение направления ЭДС в движущемся проводнике

337.

Для определения направления
индуктированной ЭДС в проводнике
служит
правило правой руки:
Если расположить правую руку так,
чтобы магнитные линии входили в
ладонь, большой отогнутый палец
совпадал с направлением движения
проводника, то четыре вытянутых пальца
будут показывать направление
индуктированной ЭДС в проводнике

338. Занятие 30. Самоиндукция

339.

а) Явление самоиндукции.
Рис.30.1. Схема опыта.

340.

При замыкании выключателя Кл в цепи с
катушкой и лампочкой возникнет
электрический ток , однако лампочка
загорается не сразу после замыкания
контактов выключателя.
Это запаздывание загорания лампочки
объясняется явлением самоиндукции
при протекании электрического тока по
виткам катушки.

341.

С появлением тока вокруг проводника
возникает магнитное поле,
индукционные линии которого
пересекают витки катушки и
индуктируют в них ЭДС.
Эта ЭДС называется ЭДС самоиндукции.

342.

Так как всякая индуктированная ЭДС
направлена против причины, ее вызвавшей, а
этой причиной будет ЭДС источника, то ЭДС
самоиндукции будет направлена против ЭДС
источника.
Таким образом, ток устанавливается в цепи не
сразу. Только когда магнитный поток
установится, пересечение проводника
магнитными линиями прекратится и ЭДС
самоиндукции исчезнет. Тогда в цепи будет
протекать постоянный ток

343.

Рис.30.2. График нарастания тока в цепи с учетом э. д. с. самоиндукции

344. Видео. Самоиндукция Смотреть

345.

б) Индуктивность цепи.
ЭДС самоиндукции проявляет себя не
только в моменты включения и
выключения цепи, но также и при
всяких изменениях тока.
Величина ЭДС самоиндукции зависит от
скорости изменения тока в цепи и
определяется выражением :

346.

Где:
– скорость изменения
тока в цепи, А/с.
L – коэффициент пропорциональности,
называемый индуктивностью, Гн (генри)
1 генри = 103 миллигенри (мГн) = 106
микрогенри (мкГн).
Знак "-" говорит о том, что эдс
самоиндукции всегда направлена
встречно эдс источника основного тока.

347.

Величина ЭДС самоиндукции зависит от индуктивности
самой цепи.
Цепями с большой индуктивностью являются обмотки
генераторов, электродвигателей, трансформаторов и
индукционных катушек, обладающих стальными
сердечниками.
Меньшей индуктивностью обладают прямолинейные
проводники. Короткие прямолинейные проводники,
лампы накаливания и электронагревательные
приборы (печи, плитки) индуктивностью практически
не обладают и появления ЭДС самоиндукции в них
почти не наблюдается.

348.

Индуктивность катушки прямо
пропорциональна квадрату числа ее витков,
магнитной проницаемости материала
сердечника катушки, площади сечения ее
каркаса и обратно пропорциональна длине
катушки.
Где: w - число витков катушки
a – магнитная проницаемость сердечника
S – площадь сечения каркаса катушки
l – длина катушки

349. Занятие 31 Взаимоиндукция

350.

а) Явление взаимоиндукции.
Рис.31.1. Магнитосвязанные катушки

351.

Если по одной из двух магнитносвязанных
катушек пропустить переменный ток, то на
концах обмотки второй катушки появится
электродвижущая сила.
Это явление называется взаимоиндукцией.
Величина эдс взаимоиндукции зависит от
параметров обеих катушек, а также от
параметров магнитной среды между
катушками.
Эта магнитная взаимосвязь выражается
коэффициентом магнитной взаимосвязи М.

352.

Предположим, что изменяется ток i1 в первой катушке.
ЭДС взаимоиндукции е2 во второй катушке
пропорциональна скорости изменения этого тока:
Аналогично, при изменении тока i2 ЭДС
взаимоиндукции
В том и другом случае коэффициентом
пропорциональности является взаимоиндуктивность
системы М.
Знак "-" в применении к такой системе указывает на то,
что изменение тока в одной катушка встречает
противодействие со стороны другой катушки.

353. Занятие 32. Контрольная работа №5

354.

Контрольные вопросы:
1. Опишите способы определения
магнитного поля постоянного магнита и
проводника с током.
2. Дайте определение, единицу
измерения и приведите формулу для
определения магнитной индукции.
3. Дайте определение, объясните
физический смысл и приведите
формулу магнитного потока.
4. Опишите опыт, нарисуйте петлю
Гистерезиса и объясните ее
характерные точки.

355.

5. Дайте определение и объясните, как
определить величину и направление силы
Ампера.
6. Как определить величину и направление
электродвижущей силы электромагнитной
индукции?
7. Приведите схему и объясните явление
самоиндукции.
8. Приведите схему и объясните явление
взаимной индукции.
Примечание: Каждому учащемуся необходимо
решить задачу, предложенную
преподавателем.