Определение и значение электротехники

Определение и значение электротехники

Определение и значение электротехники

> Теория > Основы электротехники

Теоретические основы электротехники (или попросту ТОЭ) – это особая область технических знаний, посвящённая изучению и обоснованию электромагнитных явлений. Помимо этого, данный курс содержит в себе основные положения электростатики и электродинамики, описывающие взаимодействие заряженных частиц и их движение в магнитных полях.

А.Вольт

Занимается электротехника и вопросами конструирования специальной аппаратуры, работающей в соответствии с её основными принципами. Последние представлены в виде самостоятельного раздела – «Основы электромонтажа».

Основные понятия

В курсе электротехники также рассматриваются основные понятия, характеризующие происходящие в проводниках процессы (протекающие по ним токи и действующие ЭДС). Рассмотрим их более подробно.

Под током понимается упорядоченное движение свободных носителей заряда (электронов) в замкнутой электрической цепи под действием приложенной к ней разности потенциалов.

Обратите внимание! В электротехнике эту разность принято называть ЭДС или действующим напряжением.

На основе использования этих двух физических величин, поведение которых описывается законом Ома и правилами Кирхгофа, и построена вся архитектура современной электротехники.

При рассмотрении токовой составляющей необходимо обратить внимание на то, что различают две её категории: постоянная и переменная. Достаточно много материала посвящается вопросам преобразования одной из этих форм в другую и наоборот.

Круг вопросов, которые рассматриваются в большинстве курсов по электротехнике, сводится к следующим разделам:

  • Постоянный ток (Закон Ома и правила Кирхгофа);
  • Электромагнетизм;
  • Переменный ток (однофазный и трёхфазный);
  • Трансформаторные системы;
  • Электрические машины переменного и постоянного тока.

Рассмотрим каждый из перечисленных в этом перечне разделов более подробно.

Постоянный ток

Основные понятия электротехники обычно увязываются с постоянным током, что объясняется особенностями изучения материала, начинающегося с электростатики. Лишь после введения понятий одиночных зарядов и создаваемых ими полей, которые описываются условными силовыми линиями, возможен переход к движению заряженных частиц.

Распределение силовых линий задаётся эквипотенциальными поверхностями с равными потенциалами, а скорость перемещения заряда определяется через напряжённость поля в каждой его точке. В результате этого возможен переход к ещё одному важнейшему понятию – электрическому напряжению, представляемому как разность потенциалов на различных удалениях от их источника.

Дополнительная информация. На основании этих величин вводятся взаимосвязанные понятия мощности и работы по перемещению заряда, совершаемой под действием заданного напряжения.

За единицу постоянного тока принимается количество зарядов в кулонах, перемещаемых через определённое сечение в единицу времени (I =Q/t).

В качестве единицы напряжения взята специальная величина, для обозначения которой использована фамилия итальянского естествоиспытателя А.Вольта, открывшего электрический эффект и нашедшего способ аккумуляции энергии этого типа.

Электромагнетизм

Действие электрического тока проявляется не только в непосредственно совершаемой им работе в активных или пассивных нагрузках. Он также является причиной образования тонких структур, называемых электромагнитными полями. Этот эффект носит название электромагнетизма, а суть его состоит в следующем:

  • Вокруг любого проводника с током появляется магнитное поле с замкнутыми силовыми линиями, величина которого пропорциональна амплитуде токового сигнала;
  • Вектор действия созданного током полевого образования определяется направлением его течения в данном проводнике;
  • При размещении поблизости двух проводов с одинаково направленными потоками заряженных частиц они будут отталкиваться (этот эффект обнаружен Ампером, по имени которого была названа единица тока);
  • При различных направлениях тока в двух проводах они начнут притягиваться;
  • Доказано, что явления отталкивания и притяжения проводов являются результатом взаимодействиями магнитных полей, создаваемых протекающим в каждом из них током;
  • Аналогичное действие на проводник оказывает постоянный магнит.

Важно! Особо интересен случай, когда токовый проводник изготавливается в виде замкнутой на внешнюю нагрузку рамки, которая помещается между полюсами магнита.

Читайте также  Цокольный этаж определение

Рамка в магнитном поле

При вращении такой рамки в постоянном магнитном поле в ней будет наводиться ЭДС, под воздействием которой появится ток, меняющий не только своё мгновенное значение, но и направление (то есть он будет переменным).

Что это такое

Переменный ток, согласно основам электротехники, вводится как процесс, при котором его направление и величина изменяют со временем своё значение. Особое распространение получило его представление в виде синусоидально меняющегося процесса, задаваемого такими характеристиками, как частота и мгновенное значение (или амплитуда).

Дополнительная информация. Такое представление переменного тока объясняется тем, что впервые он был получен с помощью генераторов, в которых для наведения переменной ЭДС использовался эффект вращения рамки в магнитном поле.

Привычный для пользователя однофазный ток, действующий в обычной розетке, – это лишь частный случай более общей системы питания, представленной трёхфазным напряжением. Последнее поступает с генератора электростанции и передаётся затем по проводам к местной подстанции, где осуществляется его трансформация и распределение по отдельным фазам.

Трёхфазный ток

Каждая из трёх фаз, по возможности, равномерно нагружается конечными потребителями – отдельными нагрузками, имеющимися в любой квартире (это справедливо для случая жилых домов).

Единицы измерения

Переменный ток, как синусоидальный процесс, по своим характеристикам существенно отличается от постоянного аналога, так как имеет несколько контролируемых параметров. Это:

  • Величина эффективного или действующего напряжения, определяющего совершаемую переменным током работу (измеряется в вольтах);
  • Амплитуда (размах), характеризующая максимальные его значения;
  • Частота колебаний напряжения, имеющая в России значение 50 Гц (в некоторых странах эта величина равна 60 Гц);
  • Сдвиг фаз между действующими токами и напряжениями, определяемый видом нагрузки в цепи данного потребителя.

Источник: https://alekstroy.com/opredelenie-i-znachenie-elektrotehniki/

Электрические цепи для чайников: определения, элементы, обозначения

Эта статья для тех, кто только начинает изучать теорию электрических цепей. Как всегда не будем лезть в дебри формул, но попытаемся объяснить основные понятия и суть вещей, важные для понимания. Итак, добро пожаловать в мир электрических цепей!

Хотите больше полезной информации и свежих новостей каждый день? Присоединяйтесь к нам в телеграм.

Электрические цепи

Электрическая цепь – это совокупность устройств, по которым течет электрический ток.

Рассмотрим самую простую электрическую цепь.  Из чего она состоит? В ней есть генератор – источник тока, приемник (например, лампочка или электродвигатель), а также система передачи (провода). Чтобы цепь стала именно цепью, а не набором проводов и батареек, ее элементы должны быть соединены между собой проводниками. Ток может течь только по замкнутой цепи. Дадим еще одно определение:

Электрическая цепь – это соединенные между собой источник тока, линии передачи и приемник.

Конечно, источник, приемник и провода – самый простой вариант для элементарной электрической цепи. В реальности в разные цепи входит еще множество элементов и вспомогательного оборудования: резисторы, конденсаторы, рубильники, амперметры, вольтметры, выключатели, контактные соединения, трансформаторы и прочее.

Электрическая цепь

Кстати, о том, что такое трансформатор, читайте в отдельном материале нашего блога.

По какому фундаментальному признаку можно разделить все цепи электрического тока? По тому же, что и ток! Есть цепи постоянного тока, а есть – переменного. В цепи постоянного тока он не меняет своего направления, полярность источника постоянна. Переменный же ток периодически изменяется во времени как по направлению, так и по величине.

Сейчас переменный ток используется повсеместно. О том, что для этого сделал Никола Тесла, читайте в нашей статье.

Элементы электрических цепей

Все элементы электрических цепей можно разделить на активные и пассивные. Активные элементы цепи – это те элементы, которые индуцируют ЭДС. К ним относятся источники тока, аккумуляторы, электродвигатели. Пассивные элементы – соединительные провода и электроприемники.

Приемники и источники тока, с точки зрения топологии цепей, являются двухполюсными элементами (двухполюсниками). Для их работы необходимо два полюса, через которые они передают или принимают электрическую энергию. Устройства, по которым ток идет от источника к приемнику, являются четырехполюсниками. Чтобы передать энергию от одного двухполюсника к другому им необходимо минимум 4 контакта, соответственно для приема и передачи.

Читайте также  Как проверить динистор на исправность

Резисторы – элементы электрической цепи, которые обладают сопротивлением. Вообще, все элементы реальных цепей, вплоть до самого маленького соединительного провода, имеют сопротивление. Однако в большинстве случаев этим можно пренебречь и при расчете считать элементы электрической цепи идеальными.

Существуют условные обозначения для изображения элементов цепи на схемах.

 

Кстати, подробнее про силу тока, напряжение, сопротивление и закон Ома для элементов электрической цепи читайте в отдельной статье.

Вольт-амперная характеристика – фундаментальная характеристика элементов цепи. Это зависимость напряжения на зажимах элемента от тока, который проходит через него. Если вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию, то говорят, что элемент линейный. Цепь, состоящая из линейных элементов – линейная электрическая цепь. Нелинейная электрическая цепь – такая цепь, сопротивление участков которой зависит от значений и направления токов.

Какие есть способы соединения элементов электрической цепи? Какой бы сложной ни была схема, элементы в ней соединены либо последовательно, либо параллельно.

 

При решении задач и анализе схем используют следующие понятия:

  • Ветвь – такой участок цепи, вдоль которого течет один и тот же ток;
  • Узел – соединение ветвей цепи;
  • Контур – последовательность ветвей, которая образует замкнутый путь. При этом один из узлов является как началом, так и концом пути, а другие узлы встречаются в контуре только один раз.

Чтобы понять, что есть что, взглянем на рисунок:

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

 

Классификация электрических цепей

По назначению электрические цепи бывают:

  • Силовые электрические цепи;
  • Электрические цепи управления;
  • Электрические цепи измерения;

Силовые цепи предназначены для передачи и распределения электрической энергии. Именно силовые цепи ведут ток к потребителю.

Также цепи разделяют по силе тока в них. Например, если ток в цепи превышает 5 ампер, то цепь силовая. Когда вы щелкаете чайник, включенный в розетку, Вы замыкаете силовую электрическую цепь.

Электрические цепи управления не являются силовыми и предназначены для приведения в действие или изменения параметров работы электрических устройств и оборудования. Пример цепи управления – аппаратура контроля, управления и сигнализации.

Электрические цепи измерения предназначены для фиксации изменений параметров работы электрического оборудования.

Расчет электрических цепей

Рассчитать цепь – значит найти все токи в ней. Существуют разные методы расчета электрических цепей: законы Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие. Рассмотрим применение метода контурных токов на примере конкретной цепи.

 

Сначала выделим контуры и обозначим ток в них. Направление тока можно выбирать произвольно. В нашем случае – по часовой стрелке. Затем для каждого контура составим уравнения по 2 закону Кирхгофа. Уравнения составляются так: Ток контура умножается на сопротивление контура, к полученному выражению добавляются произведения тока других контуров и общих сопротивлений этих контуров. Для нашей схемы:

Полученная система решается с подставкой исходных данных задачи. Токи в ветвях исходной цепи находим как алгебраическую сумму контурных токов

Какую бы цепь Вам ни понадобилось рассчитать, наши специалисты всегда помогут справится с заданиями. Мы найдем все токи по правилу Кирхгофа и решим любой пример на переходные процессы в электрических цепях. Получайте удовольствие от учебы вместе с нами!

Источник: https://Zaochnik.ru/blog/elektricheskie-cepi-dlya-chajnikov-opredeleniya-elementy-oboznacheniya/

Основные термины и определения электротехники

Электрический ток (I) это направленное движение свободных носителей электрического заряда. В металлах свободными носителями заряда являются электроны, в плазме, электролите — ионы. Единица измерения силы тока – ампер (А). Условно за положительное направление тока во внешней цепи принимают направление от положительно заряженного электрода (+) к отрицательно заряженному (-). Если направление тока в ветви неизвестно, то его выбирают произвольно. Если в результате расчета режима цепи, ток будет иметь отрицательное значение, то действительное направление тока противоположно произвольно выбранному.

Читайте также  От чего зависит частота дыхания человека

Электрическое напряжение

Электрическое напряжение (U) это характеристика работы сил поля по переносу электрических зарядов через внешние элементы цепи. При этом электрическая энергия преобразуется в другие виды. Единица измерения – вольт (В). За положительное направление напряжения приемника принимают направление, совпадающее с выбранным положительным направлением тока. В электрических цепях и энергетических системах напряжение может иметь значения в пределах от нескольких вольт до сотен тысяч вольт.

Электродвижущая сила

Электродвижущая сила Е (ЭДС) характеризует способность индуцированного поля вызывать электрический ток. Единица измерения – вольт (В). Источники энергии могут быть источниками ЭДС и тока. В данном пособии рассматриваются только источники ЭДС. Источник ЭДС характеризуется двумя параметрами: значениями ЭДС (Е) и внутреннего сопротивления (r0).

Источник ЭДС, внутренним сопротивлением которого можно пренебречь, называют идеальным источником. Реальный источник ЭДС имеет определенное значение внутреннего сопротивления. У источника ЭДС внутренне сопротивление значительно меньше сопротивления нагрузки (RН) и электрический ток в цепи зависит главным образом от величины ЭДС и сопротивления нагрузки.

Источник ЭДС имеет следующие графические обозначения.

Вольтамперная характеристика источника ЭДС имеет вид:

Рис. 1

Зависимость между напряжением на зажимах источника и его ЭДС имеет вид:

U = E — r0 × I (для реального источника ЭДС)

U = E (для идеального источника).

Электрическое сопротивление R это величина, характеризующая противодействие проводящей среды движению свободных электрических зарядов (току). Единица измерения – Ом. Величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью G. Единица измерения – сименс (См).

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление проводника определяется по формуле

R=ρl/S

где l – длина;
S – поперечное сечение;
ρ — удельное сопротивление.

По способности проводить электрический ток электротехнические материалы можно разделить на группы: проводники, диэлектрики и полупроводники.

Проводниковые материалы

Проводниковые материалы (алюминий, медь, золото, серебро и др.) обладают высокой электропроводностью. Наиболее часто в проводах и кабелях используется алюминий, как наиболее дешевый. Медь имеет большую электропроводимость, но она дороже.

Из проводников следует выделить группу материалов с большим удельным сопротивлением. К ним относятся сплавы ( нихром, фехраль и др.) они используются для изготовления обмоток нагревательных приборов и реостатов. Вольфрам используется в лампах накаливания. Константан и манганин используются в качестве сопротивлений в образцовых приборах.

Электроизоляционные материалы (диэлектрики)

Электроизоляционные материалы (диэлектрики) имеют очень малую удельную электрическую проводимость. Они бывают газообразные, жидкие и твердые. Особенно большим разнообразием отличаются твердые диэлектрики. К ним относятся резина, сухое дерево, керамические материалы, пластмассы, картон, пряжа и др. материалы. В качестве конструкционных материалов применяются текстолит и гетинакс. Текстолит это диэлектрический материал основой которого является ткань, пропитанная феноло-формальдегидной смолой. Гетинакс это бумага, пропитанная феноло-формальдегидной смолой.

Полупроводники

Полупроводники по электропроводимости занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Простые полупроводниковые вещества – германий, кремний, селен, сложные полупроводниковые материалы — арсенид галлия, фосфид галлия и др. В чистых полупроводниках концентрация носителей заряда – свободных электронов и дырок мала и эти материалы не проводят электрический ток.

Если в полупроводниковый материал ввести примесь (донорную или акцепторную), то есть произвести легирование, то полупроводник становится обладателем или электронной (n) проводимости (избыток электронов), или дырочной (р) проводимости (избыток положительных зарядов – дырок). Если соединить два полупроводника с различными видами проводимости, получим полупроводниковый прибор (диод), который используется для выпрямления переменного тока.

Мощность в электрической цепи характеризует интенсивность преобразования энергии из одного вида в другой в единицу времени. Единица измерения мощности – Ватт (Вт).

Для цепи постоянного тока мощность источника

Pист = E I.

Мощность приемника

Рпр = U × I = R × I2 = U2/R

Закон электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции — устанавливает связь между электрическими и магнитными явлениями, был открыт в 1831 году М. Фарадеем, в 1873 году закон был обобщен и развит Д.Максвеллом:

Если магнитный поток Ф, проходящий сквозь поверхность, ограниченную некоторым контуром, изменяется во времени t, в контуре индуцируется ЭДС e, равная скорости изменения потока

Рис. 2

Дальше >
Лекции по основам электротехники >

Источник: http://dprm.ru/elektrotehnika/osnovnye-terminy-i-opredelenia

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
Добавить комментарий