Законы электрических цепей постоянного тока

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРИ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

Для студентов ОКР «бакалавр»

Направления подготовки «Строительство»

Одеса-2009

УТВЕРЖДЕНО

УЧЕНЫМ СОВЕТОМ ФАКУЛЬТЕТА

„СТРОИТЕЛЬСТВА”

Протокол №8 от 4 июня 2009 г.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании кафедри физики ОГАСА, протокол №6 от 5 мая 2009г.

Составители: канд.физ.-мат.наук, доц. Белоус И.М.,

ст. преподаватель Тигарева Т.Г.

РЕЦЕНЗЕНТЫ: канд. физ.-мат.наук, доцент кафедры экспериментальной физики ОНУ им..И.И. Мечникова Ю.А. Ницук,

канд.физ.-мат.наук, доц.. кафедры ФТТ та ТЭ ОНУ им.. И.И. Мечникова Н.В. Маслеева.

Ответственный за выпуск: зав. каф. физики ОГАСА

доц.Писаренко А.Н.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

По ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

ЛЕКЦИЯ 1.

Введение

1. Предварительные сведения.

Важнейшими понятиями электротехники являются электрический

ток, напряжение и электрическое сопротивление. Эти понятия подробно рассматривались в курсе физики, однако, не лишним будет напомнить следующие определения:

- электрическим током называетсяупорядоченное движение электрических зарядов;

- напряжением (падением напряжения) на однородном участке цепи называется разность потенциалов электрического поля на концах этого участка;

- электрическим сопротивлением (или просто - сопротивлением) называется величина, зависящая от формы и размеров проводника, а также от свойств материала, из которого он сделан. Понятие сопротивления вытекает из экспериментально установленного Георгом Омом закона, согласно которому

сила тока, текущего в проводнике, пропорциональна падению напряжения на этом проводнике: .

Коэффициент пропорциональности называется электрической проводимостью, а обратная проводимости величина R – сопротивлением проводника.

Основной характеристикой электрического тока является сила тока (в электротехнике принято говорить просто «ток»). Таким образом, ток в электротехнике – это, с одной стороны, физическое явление, а с другой стороны – характеристика этого явления.

Принятые обозначения силы тока:

I – для фиксированных значений тока,

i(t) - для зависящих от времени значений тока.

Электрический ток по характеру его изменения подразделяется на постоянный и переменный.

Постоянным называется ток, не изменяющийся во времени. Ток, который изменяется с течением времени, называется переменным.

Аналогично, не изменяющееся с течением времени напряжение называется постоянным (U), а изменяющееся – переменным (u).

Применяемыев электротехнике понятия электрической энергии, мощности, частоты электрического тока, а также электроемкости и индуктивности проводника были введены в курсе физики, поэтому не будем повторяться.

2. Единицы измерения электротехнических величин.

Физическая величина и ее обозначение	Единицы измерения	Обозначение	Примечание
Электрический ток, I, i(t)	Ампер, миллиампер	А мА(mA)	i –переменное значение, I –постоянное значение мА=10-3А
Напряжение,U, u	Вольт	В (V) мВ (mV) кВ (кV)	мВ=10-3В
Сопротивление	активное, R	Ом	Ом, кОм, Ω
реактивное, X	кОм=103Ом
полное, Z
Мощность	активная, Р	Ватт	Вт (кВт)	кВт=103 Вт
реактивная,Q	Вольт-Ампер реактивный	ВАр (кВАр)	кВАр=103 ВАр
полная, S	Вольт-ампер	ВА (кВА)	кВА=103 ВА
Электрическая энергия	Ватт-час	Вт-ч (W-h) кВт-ч	кВТ-ч=103 Вт-ч
Частота электрического тока,f	Герц	Гц (Hz), кГц(кHz)	кГц=103Гц
Электроемкость,С	Фарада, микрофарада	Ф (F) мкФ (μF)	мкФ=10-6 Ф
Индуктивность, L	Генри, миллигенри	Гн (Н), мГн (mH)	мГн=10-3 Гн

Разделы электротехники, изучаемые в настоящем курсе:

- цепи постоянного тока;

- цепи переменного тока;

- трехфазные цепи.

ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Определения.

Законы электрических цепей постоянного тока подробно изучаются в школьном и вузовском курсах физики, поэтому в данном учебном пособии излагаются кратко. Приведем лишь некоторые определения и формулировки основных законов.

Узлом электрической цепи называетсяточка, в которой соединяется не менее трех проводников. Однородный участок цепи – это такой участок, на котором не действуют сторонние силы.

Эквивалентным сопротивлением участка цепи называется сопротивление, которым можно заменить все сопротивления рассматриваемого участка, при этом параметры других участков цепи не изменятся.

Основные законы.

Закон Ома для участка цепи:

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна его эквивалентному сопротивлению.

(1.1)

Закон Ома для полной цепи:

Сила тока прямо пропорциональна электродвижущей силе (э.д.с.) источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению этой цепи: . (1.2)

Здесь r – внутреннее сопротивление источника тока.

Рассчитать электрическую цепь – значит определить токи и падения напряжения на всех ее участках. Часто при расчете электрических цепей применяют законы Кирхгофа.

1-й закон Кирхгофа: Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле электрической цепи, равна нулю:

ΣI_k = 0 (1.3)

При этом токи, входящие в узел, и выходящие из него, берутся с разными знаками.

Другая формулировка этого закона: Сумма входящих в узел токов равна сумме токов, выходящих из него.

2-й закон Кирхгофа: Алгебраическая сумма э.д.с., входящих в замкнутый контур, равна сумме падений напряжений на элементах этого контура:

ΣЕ_k = ΣU_k (1.4)

При этом э.д.с., совпадающие по направлению с обходом контура, берутся со знаком «+», а противоположного направления – со знаком «-».

Закон баланса мощности электрической цепи: Алгебраическая сумма мощностей, генерируемых источниками напряжения, равна сумме мощностей, потребляемых приемниками электрической энергии:

ΣР_ист= ΣР_пр (1.5)

Закон баланса мощности являются универсальным инструментом, с помощью которого можно проверить правильность расчета электрической цепи.