Совокупность устройств предназначенных для получения распределения и потребления электрической энергии, назыв электрической цепью

Полупроводники – обладают условной проводимостью т.е. их проводимость зависит от эл. Поля, температуры, освещённости, сжатия и т.д. (Ge, Se,Si,As)

Диэлектрики – не пропускают эл.ток
а) Газообразные диэлектрики – воздух, азот, инертные газы.
б) Жидкие диэлектрики – трансф.Масло, лаки, краски

В) Твёрдые – дерево, пластмасса, резина.

3. Электри́ческий ток — упорядоченное некомпенсированное движение свободных электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля.

Ток проводимости – явление направленного движения носителя заряда в вещ-ве.

Ток поляризации – явл. Движения связанных электрических зарядов в диэлектрике при его поляризации.

4. Если в точке А (рис. 1.3) — избыток электронов в сравнении с точкой В, то говорят, что между точками А и В существует разность потенциалов, или напряжение, а источник создающий этот избыток, характеризуется потенциалом. В свою очередь потенциал это величина, которая показывает работу источника по перемещению заряда. Если соединить точки А и В каким-либо проводником, например простой проволокой, то избыточные электроны из точки А начнут перетекать в точку В, тем самым возникнет электрический ток в проводнике. То есть этот поток электронов и есть электрический ток.Разность потенциалов связана с напряжением или электродвижущей силой. То есть напряжение это и есть та самая сила, которая перемещает электроны в цепи.

Сила тока – численно равна кол-ву электричества прошедшего через сечения проводника за еденицу времени. I=Q\t кл\с = А

Плотность тока – численно равна кол-ву электричества прошедшего за 1с через 1ед. поперечного сечения.

5. Электри́ческая проводи́мость (электропроводность, проводимость) — способность тела проводить электрический ток

Удельной проводимостью (удельной электропроводностью) называют меру способности вещества проводить электрический ток

Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему

Удельное электрическое сопротивление, или просто удельное сопротивление вещества характеризует его способность препятствовать прохождению электрического тока.

6.I=U\R – для участка цепи.
I=E\R=R0

R0-внутренее сопротивление

R- внешнее сопротивление

E- ЭДС источника.

A) Расмотрим проводник 1 рода, в проводнике 1 рода с увеличением температуры сопротивление увеличивается.

Б) В проводнике 2 рода с увеличением температуры сопротивление уменьшается.
температурный коэф-т сопрот.-я. d=R1-R2\(T2-T1)*R1

8.Вакуум – высокая степень разряж. Воздуха
Между металлами и вакуумом возникает разность потенциалов так называемый потенциальный барьер.
Электрическое поле эього слоя препятствует электронам, которые стремятся выйти за поверхность катода.
Для выхода электронов необходимо сообщить энергию равную работе выхода т.е. работе по преодолению потенциального барьера.

9.При температуре близкой к 0 свободных электронов нет. Ge проводимостью не обладает.
При увеличении температуры появляется свободные электроны обусловливая тем самым электронную проводимость.
На ряду с электронной проводимостью имеет место дырочная проводимость
Проводимость полупроводников при отсутствии примеси, называется собственной проводимостью. Если кристалл Ge внести в примесь, то может получить избыток или недостаток электронов.

Совокупность устройств предназначенных для получения распределения и потребления электрической энергии, назыв электрической цепью.

Отдельные устройства электр. Цепи называются элементами цепи.
группы элементов:
источник электрической энергии
провода, приёмники
устройство регулировки токов и напряж
Измерительные приборы, устройство защиты в цепях от аварийных ситуаций
11. Чтобы электрический ток проходил по цепи продолжительное время, нужно непрерывно поддерживать разность потенциалов на полюсах источника напряжения, к которому присоединена

электрическая цепь. Анало­гично этому, если соединить трубкой два сосуда с различ­ными уровнями воды, то вода будет переходить из одного сосуда в другой до тех пор, пока уровни в сосудах не сравняются. Поддерживая разность уровней в этих со­судах, можно добиться того, что движение воды по трубке между сосудами будет про­должаться непрерывно.

Внутри источника элек­трической энергии действует сила, которая должна непре­рывно поддерживать ток в цепи, т. е., иначе говоря, должна обеспечивать работу этого источника

Причина, которая устанав­ливает и поддерживает раз­ность потенциалов на зажимах источника, вызывает ток в цепи, преодолевая ее внешнее и внутреннее сопротивления, называется электродвижущей силой (сокращенно э. д. с.) и обо­значается буквой Е.

Электродвижущая сила источников электрической энергии воз­никает под влиянием причин, специфических для каждого из них.

В химических источниках электрической энергии (гальваниче­ских элементах, аккумуляторах) э. д. с. получается в результате химических реакций, в генераторах э. д. с. возникает вследствие электромагнитной индукции, в термоэлементах — за счет тепловой энергии.

Разность потенциалов, вызывающая прохождение тока через сопротивление участка электрической цепи, называется напряжением между концами этого участ­ка. Электродвижущая сила и на­пряжение измеряются в вольтах. Для измерения э. д. с. и напря­жения служат особые приборы — вольтметры

Далее х3(
12. Х3

13. Закон Джоуля -Ленца - физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока.где — мощность выделения тепла в единице объёма, — плотность электрического тока, — напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды.При прохождении тока по проводнику она нагревается и, удлинившись, слегка провисает. В электрических лампах тонкая вольфрамовая проволочка нагревается током до яркого свечения. В проводнике при протекании тока происходит превращение электрической энергии во внутреннюю, и проводник нагревается. При нагревании проводника увеличивается потенциальная энергия взаимодействия молекул тела; расстояние между молекулами возрастает, проводник удлиняется.
Тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и установках. В домашних условиях широко применяют электрические плитки, утюги, чайники, кипятильники. В промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и многих других металлов, для электросварки. В сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, кормозапарники, инкубаторы, сушат зерно, приготовляют силос.
Основная часть всякого нагревательного электрического прибора — нагревательный элемент. Нагревательный элемент представляет собой проводник с большим удельным сопротивлением, способный, кроме того, выдерживать, не разрушаясь, нагревание до высокой температуры. Чаще всего для изготовления нагревательного элемента применяют сплав никеля, железа, хрома и марганца, известный под названием «нихром».
В нагревательном элементе проводник в виде проволоки или ленты наматывается на пластинку из жароустойчивого материала: слюды, керамики. Так, например, нагревательным элементом в электрическом утюге служит нихромовая лента, от которой нагревается нижняя часть утюга.

билет14:)
Любая электрическая цепь может иметь довольно сложную структуру, зависящую от количества элементов в ней и её разветвлённости. Всё это приводит к тому, что цепь может работать в различных режимах. Выделяют три основных режима работы: нагрузочный (или согласованный), режим короткого замыкания, а также режим холостого хода. Они отличаются друг от друга нагрузкой на электрическую цепь. Также можно выделить номинальный режим работы. В этом режиме работы все устройства в цепи работают при условиях, указанных для них как оптимальные. Нагрузочный режим работы. Если к источнику энергии в электрической цепи подключается какой-либо приёмник, то он обладает неким сопротивлением. Таким приёмником может быть любое устройство.Если есть напряжение, то действует закон Ома, таким образом, ЭДС источника получается из суммы напряжений внешнего участка цепи и на внутреннем сопротивлении источника. Падение напряжение во внешней цепи будет равным напряжению на зажимах источника.Режим работы холостого хода. Этот режим работы электрической цепи характеризует разомкнутое её состояние – ток отсутствует, и все элементы отключены от источника питания. В таком состоянии цепи внутреннее падение напряжение равно нулю, а напряжение на зажимах источника питание совпадает с ЭДС источника.Режим короткого замыкания.В этом режиме электрическая цепь не может работать нормально. Короткое замыкание возникает при соединении двух различных точек цепи, разница потенциалов которых отличается. Такое состояние не предусмотрено изготовителем устройства и нарушает его нормальную работу.При возникновении режима короткого замыкания, ток в цепи значительно превышает номинальные значения. Это может привести в непригодное состояние источник энергии и приёмники в электрической цепи.В этом режиме работы зажимы источника энергии замкнуты проводником, при этом его сопротивление близко к нулю.

билет15:)
Электри́ческая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.Электрические цепи подразделяют на неразветвленные и разветвленные. Во всех элементахпростейшей неразветвленной цепи течет один и тот же ток.В простейшей разветвленной цепи в каждой ветви течет свой ток. Ветвь можно определить как участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами и заключенный между двумя узлами.Линейной электрической цепью называют такую цепь, все компоненты которой линейны. К линейным компонентам относятся зависимые и независимые идеализированные источники токов и напряжений, резисторы. Если цепь содержит отличные от перечисленных компоненты, то она называется нелинейной.Для расчета электрических цепей применяют законф Кирхгофа и Ома.Законы Кирхгофа наиболее общие. Они являются отдельным случаем универсальных уравнений электрического поля относительно произвольных электрических цепей с сосредоточенными параметрами. Закон Ома используется для расчета только линейных цепей.

билет16:)
Правила Кирхгофа -соотношения, которые выполняются между токами и напряжениями на участках любой электрической цепи. Правила Кирхгофа позволяют рассчитывать любые электрические цепи постоянного, переменного и квазистационарного тока.Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в каждом узле любой цепи равна нулю. При этом втекающий в узел ток принято считать положительным, а вытекающий -отрицательным.Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Это правило следует из фундаментального закона сохранения заряда.Второе правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме ЭДС ветвей этого контура. Если в контуре нет источников ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю.при полном обходе контура потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Частным случаем второго правила для цепи, состоящей из одного контура, является закон Ома для этой цепи. При составлении уравнения напряжений для контура нужно выбрать положительное направление обхода контура. При этом падение напряжения на ветви считают положительным, если направление обхода данной ветви совпадает с ранее выбранным направлением тока ветви, и отрицательным- в противном случае.Правила Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных линеаризованных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.

билет17:)
Последовательное и параллельное соединения в электротехнике — два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова.При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов.На основании второго закона Кирхгофа общее напряжение U всей цепи равно сумме напряжений на отдельных участках:U=U1+U2+U3 или IRэкв=IR1+IR2+IR3,откуда следует:Rэкв=R1+R2+R3.Цепь с любым числом последовательно включенных сопротивлений можно заменить простой цепью с одним эквивалентным сопротивлением Rэкв. После этого расчет цепи сводится к определению тока I всей цепи по закону Ома:I=U/Rэкв.и по вышеприведенным формулам рассчитывают падение напряжений U1,U2,U3 на соответствующих участках электрической цепи.Параллельным называют такое соединение, при котором все включенные в цепь потребители электрической энергии, находятся под одним и тем же напряжением.В этом случае они присоединены к двум узлам цепи а и b, и на основании первого закона Кирхгофа можно записать, что общий ток I всей цепи равен алгебраической сумме токов отдельных ветвей:

откуда следует, что

В том случае, когда параллельно включены два сопротивления R1 и R2, они заменяются одним эквивалентным сопротивлением

 

18. Метод свертывания схем (метод эквивалентных преобразований) может быть применен, если в цепи имеется только один источник электрической энергии. Метод заключается в последовательном упрощении схемы путем замены параллельных, последовательных и других («звезда», «треугольник», «многоугольник») соединений сопротивлений эквивалентными сопротивлениями. В конечном виде схема представляет собой контур, состоящий только из источника и эквивалентного сопротивления. По этой схеме находится входной ток. Для нахождения остальных токов и напряжений преобразования ведут в обратном порядке, разворачивая схему. При анализе электрических цепей используются законы Ома и Кирхгофа.

19. Основными законами электрического состояния любой цепи являются законы Ома и Кирхгофа, Если цепь содержит один активный элемент (источник электрической энергии), то, в ряде случаев, расчет исходной схемы наиболее рационально вести с помощью метода преобразований и формулы «разброса». При этом нужно помнить, что во всех преобразованиях замена одних схем другими, им эквивалентными, не должна приводить к изменению токов или напряжений на участках цепи, которые не подверглись преобразованиям (замена последовательно или параллельно соединенных сопротивлений эквивалентными, преобразование треугольника сопротивлений в звезду, или наоборот). Для быстрого и правильного расчета электрических цепей с помощью законов Кирхгофа необходимо приобрести навыки в составлении уравнений на основании этих законов.

Линейную электрическую цепь любого вида можно также рассчитать методом контурных токов или методом узловых потенциалов. Если число взаимно независимых контуров n_к и число узлов n_у схемы связаны между собой неравенством n_к < n_у, то для расчета такой цепи пользуются методом контурных токов. В случаях, когда выполняется неравенство n_к > n_у, для расчета цепей рекомендуется применять метод узловых потенциалов.

Расчет линейных электрических цепей можно значительно упростить с помощью принципа наложения и свойства взаимности. В связи с этим пользуются входными и взаимными проводимостями ветвей. Важным свойством линейных электрических цепей является линейная связь между током и напряжением или между токами различных ветвей при изменении сопротивлений этих ветвей от нуля до бесконечности. Линейные соотношения можно с успехом применять при расчете цепей с изменяющимися параметрами.

В методе контурных токов за основные неизвестные величины принимают контурные токи, которые замыкаются только по независимым контурам (главным контурам). Контурные токи находят, решая систему уравнений, составленную по второму закону Кирхгофа для каждого контура. По найденным контурным токам определяют токи ветвей схемы.

Алгоритмом метода контурных токов:

1. Задаются направлением токов ветвей и обозначают их на схеме.

2. Определяют независимые контуры и их нумеруют. При наличии в схеме источников тока независимые контуры, для которых составляются уравнения метода контурных токов, можно определить, если мысленно удалить источники тока.

3. Выбирают направление контурных токов (целесообразно в одну сторону) и составляют уравнения по методу контурных токов, обходя каждый контур в направлении его контурного тока. Контурный ток, проходящий через источник тока, известен и равен току источника тока (через источник тока проходит только один контурный ток!).

4. Полученную систему алгебраических уравнений решают относительно неизвестных контурных токов.

5. Искомые токи по методу контурных токов находят как алгебраическую сумму контурных токов, проходящих по данной ветви. Токи в ветвях связи равны контурным токам.

контурные токи, метод контурных токов, независимые контуры, главные контуры, ветви связи

16.10.2011 03:25:35

1.4 Метод узловых потенциалов. Метод узлового напряжения (метод двух узлов)

1.4 Метод узловых потенциалов. Метод узлового напряжения (метод двух узлов)

В методе узловых потенциалов за вспомогательные расчетные величины принимают потенциалы узлов схемы. При этом потенциалом одного из узлов задаются, обычно считая его равным нулю (заземляют). Этот узел называют опорным узлом. Затем для каждого узла схемы, кроме опорного узла, составляют систему уравнений методом узловых потенциалов. По найденным потенциалам узлов находят токи ветвей по обобщенному закону Ома (закону Ома для ветви с ЭДС).

Отметим, что метод узловых потенциалов без предварительного преобразования схемы не применим к схемам с взаимной индукцией.

Для схем, содержащих несколько ветвей только с идеальными источниками ЭДС (без пассивных элементов), не имеющих общего узла нужно применять особые способы составления системы уравнений метода узловых потенциалов.

Для схем, содержащих несколько ветвей только с идеальными источниками ЭДС (без пассивных элементов), имеющих общий узел, этот общий узел принимают за опорный узел (заземляют). Тогда потенциалы узлов, соединенных этими идеальными источниками ЭДС без пассивных элементов с опорным узлом, равны ЭДС этих идеальных источников (+ E, если идеальный источник ЭДС направлен от опорного узла и – E в противном случае).

Метод двух узлов является частным случаем метода узловых потенциалов. Он применяется для определения токов в ветвях схемы с двумя узлами и произвольным числом параллельных активных и пассивных ветвей.

20. 1. Произвольно расставим направления токов в ветвях цепи, примем направления обхода контуров (против часовой стрелки), обозначим узлы.

Рис. 2

2. Для получения системы уравнений по законам Кирхгофа для расчета токов в ветвях цепи составим по 1-му закону Кирхгофа 3 уравнения (на 1 меньше числа узлов в цепи) для узлов 1,2,3:

 

 

По второму закону Кирхгофа составим m – (р – 1) уравнений (где m – кол-во ветвей, р – кол-во узлов), т.е. 6 – (4 – 1) = 3 для контуров I11, I22, I33:



Токи и напряжения совпадающие с принятым направлением обхода с «+», несовпадающие с «-».
Т.е. полная система уравнений для нашей цепи, составленная по законам Кирхгофа:

3. Определим токи в ветвях методом контурных токов. Зададимся направлениями течения контурных токов в каждом контуре схемы и обозначим их I11, I22, I33 (см. рис. 2)

4. Определим собственные сопротивления трех контуров нашей цепи, а так же взаимное сопротивление контуров:

(Ом)
(Ом)
(Ом)
(Ом)
(Ом)
(Ом)

5. Составим систему уравнений для двух контуров нашей цепи:

Подставим числовые значения и решим.

21. Преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду
Разобъем электрическую цепь (рис. 1) на две части: неизменную часть 1 и часть 2, подлежащую эквивалентному преобразованию.

Рис. 1.
Состояние части 1 не изменится, если часть 2 изменить так, чтобы токи потенциалы а также и напряжения на границе этих двух частей оставались точно такими же. Такие преобразования необходимы для упрощения расчета цепей. В случае преобразования звезды в треугольник уменьшается количество узлов (исчезает узел 0). Во время обратного преобразования уменьшается количество контуров (исчезает контур abc).
По второму закону Кирхгофа для контура треугольника

По первому закону Кирхгофа для узлов a и b треугольника

Подставив последнее выражение в предыдущее, получим:

откуда

Для сверки

Приравняв формулы получим

По аналогии можно записать, что

Последние две формулы дают возможность преобразовать треугольник сопротивлений в эквивалентную звезду. Формулы обратного преобразования (звезды сопротивлений в треугольник) можно получить, если заменить все сопротивления проводимостями, определив их по последним двум формулам:

или

Например, для мостовой схемы (рис. 2, а), где сопротивление и ЭДС известны, необходимо найти ток I.

Рис. 2.
Если заменить треугольник эквивалентной звездой (штриховая линия), получим упрощенную схему (рис. 2, б) смешанного соединения сопротивлений. Эквивалентное сопротивление этой схемы:

Искомый ток

22. Метод наложения — метод расчёта электрических цепей, основанный на предположении, что ток в каждой из ветвей электрической цепи при всех включённых генераторах, равен сумме токов в этой же ветви, полученных при включении каждого из генераторов по очереди и отключении остальных генераторов(только в линейных цепях).

 

Метод наложения основан на свойстве линейности электрических цепей. Метод наложения справедлив только для линейных цепей. Метод наложения применяется для определения токов в ветвях схемы с несколькими источниками.

Алгоритм метода наложения:

1) выбирают положительные направления токов в ветвях цепи;

2) находят частичные токи в ветвях, вызванные каждым источником по отдельности (схему рассчитывают столько раз, сколько источников действует в схеме);

3) токи в ветвях по методу наложения находят как алгебраическую сумму частичных токов (знак частичного тока при суммировании определяется по положительному направлению тока ветви).

23. Графический метод расчета неразветвлённой цепи с нелинейными элементами

На рисунке 3.3 приведена схема нелинейной цепи, состоящей из двух последовательно соединенных нелинейных элементов r1 и r2 с заданными на рисунке 3.4 вольт–-амперными характеристиками I = f(U1) и I = f (U2). Требуется определить ток I и напряжения U1 и U2 на элементах при заданном на зажимах цепи напряжении U.

Рисунок 3.3 – Нелинейная цепь постоянного тока с последовательным соединением двух элементов;

Рисунок 3.4 – Вольт–-амперные характеристики нелинейных элементов I=f (U1), I=f(U2) и для всей цепи I=f (U)

Для вычисления тока I и напряжений U1 и U2 построим вспомогательную характеристику: зависимость тока I от суммарного напряжения U (U = U1 + U2). Так как в неразветвленной цепи ток в обоих нелинейных элементах один и тот же, т. е. I1 = I2= I, то для построения характеристики I = f(U) необходимо суммировать напряжения U1 и U2 при одинаковых значениях тока I (см. рисунок 3.4).

Отложим на оси абсцисс напряжение UВХ на зажимах цепи (точка a на рисунке 3.4) и из этой точки проведем прямую аb, параллельную оси ординат, до пересечения с кривой I = f (U); полученный отрезок аb равен в масштабе mI току I. Затем из точки b проведем прямую bc, параллельную оси абсцисс. В результате получим отрезки cd и cf, соответственно равные U1 и U2 в масштабе mU.

Можно применить другой метод решения задачи с построением так называемой опрокинутой характеристики одного из элементов цепи. Для этого рассмотрим зависимость изменения тока I цепи, во-первых, от напряжения U1 и, во-вторых, от разности напряжений U – U2. В первом случае эта зависимость определяется собственной характеристикой I = f (U1), во втором случае при построении характеристики I = f (U–U2) для каждого значения тока I необходимо из постоянной абсциссы U вычесть абсциссу характеристики I = f (U2) второго элемента. Это равносильно построению опрокинутой (зеркально отражённой) характеристики элемента I = f (U2)опр от точки 0′, соответствующей напряжению Uвх на рисунке 3.5.

Рабочий режим первого элемента должен удовлетворять обеим характеристикам, т. е. он должен определяться точкой M пересечения этих характеристик. Перпендикуляры, опущенные на оси координат из точки пересечения, определяют значения напряжений U1 и U2 отдельных элементов и общий током IM.

Рисунок 3.5 – Определение напряжений U1 и U2 нелинейных элементов цепи по заданному напряжению Uвх методом построения опрокинутой характеристики первого элемента

Графический метод расчёта цепи с параллельным соединением нелинейных элементов

Расчет отмеченной нелинейной цепи рассмотрим на конкретном примере.

Изображения э.д.с. трехфазной системы в комплексной форме будут:

От последовательности фаз системы зависит направление вращения трехфазных двигателей, поэтому в трехфазных устройствах она проверяется специальными указателями последовательности фаз и обозначается раскраской шин на распределительных устройствах; приняты следующие цвета: фаза А — желтый, фаза В — зеленый и фаза С — красный; незаземленная нейтраль — белый, заземленная нейтраль — черный. Зажимы обмоток генератора различают: начала Л, В, С, концы X, Y, Z.

Два основных способа соединения обмоток генераторов, трансформаторов и приемников в трехфазных цепях: звездой и треугольником.

Построим графики спектральных составляющих напряжения на нагрузке, используя полученное выше мгновенное значение напряжения. Эти графики показывают, что электрическая цепь, включенная между источником и нагрузкой, оказывает определенное сглаживающее действие: амплитуды спектральных составляющих уменьшаются по мере увеличения частоты. Кроме этого, заметно существенное запаздывание сигнала по отношению к напряжению источника.

24 нет.
25.нет

26. Рассмотрим поле, создаваемое бесконечной прямолинейной нитью с линейной плотностью заряда, равной . Пусть требуется определить напряжённость, создаваемую этим полем на расстоянии от нити. Возьмём в качестве гауссовой поверхности цилиндр с осью, совпадающей с нитью, радиусом и высотой . Тогда поток напряжённости через эту поверхность по теореме Гаусса таков (в единицах СИ):

В силу симметрии

1. вектор напряженности поля направлен перпендикулярно нити, прямо от нее (или прямо к ней).

2. модуль этого вектора в любой точке поверхности цилиндра одинаков.

Тогда поток напряжённости через эту поверхность можно рассчитать следующим образом:

Учитывается только площадь боковой поверхности цилиндра, так как поток через основания цилиндра равен нулю (вследствие направления E по касательной к ним). Приравнивая два полученных выражения для , имеем:

(В системе СГС ответ: ).

Нет

Нет29 нет

30. Электрическое поле в диэлектрике. Рассмотрим плоский однородный диэлектрический слой, расположенный между двумя разноименно заряженными плоскостями (рис. 2.5). Пусть напряженность электрического поля, которое создается этими плоскостями в вакууме, равна ,

где - поверхностная плотность зарядов на пластинах (эти заряды называют свободными). Под действием поля диэлектрик поляризуется, и на его гранях появляются поляризационные или связанные заряды. Эти заряды создают в диэлектрике электрическое поле , которое направлено против внешнего поля .

,

где - поверхностная плотность связанных зарядов. Результирующее поле внутри диэлектрика

.

Поверхностная плотность связанных зарядов меньше плотности свободных зарядов, и не все поле E ₀ компенсируется полем диэлектрика: часть линий напряженности проходит сквозь диэлектрик, другая часть обрывается на связанных зарядах (рис. 2.5). Вне диэлектрика . Следовательно, в результате поляризации поле внутри диэлектрика оказывается слабее, чем внешнее . Таким образом,

,

где - диэлектрическая проницаемость среды. Из формулы видно, что диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз напряженность поля в вакууме больше напряженности поля в диэлектрике. Для вакуума , для диэлектриков .
Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

31. Электрическая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд
Конденсатор - электрический прибор, состоящий из двух проводящих пластин, разделенных слоем диэлектрика. Конденсаторы служат для накопления зарядов с целью их отдачи в нужный момент времени, а также в цепях переменного тока для деления зарядов (параллельное соединение) и для деления напряжения (последовательное соединение).
- обозначение конденсатора на схеме.

- емкость конденсатора (С).

Если его пластины образуют параллельные плоскости, то его называют плоским.

- емкость плоского конденсатора.

Зависит от площади его пластин S; от расстояния между его пластинами d; от материала, заполняющего пространство между пластинами ε. При изготовлении конденсатора большой емкости стремятся сделать большое S при малом d, а также заполнить его пространство веществами с большим ε.
Не зависит от напряжения U и от заряда q.

Формулы, где встречается С:

- энергия заряженного конденсатора

- формула Томсона для периода электромагнитных колебаний в колебательном контуре LC.
Пробоем называется резкое увеличение обратного тока при достижении обратным напряжением определенного уровня, выше которого обратный ток возрастает с большим градиентом в узком диапазоне обратного напряжения.

Пробои переходов могут быть двух видов:

1) тепловой пробой;

2) электрический пробой.

В свою очередь электрический пробой делится на два типа: лавинный и туннельный.

Тепловой пробой является необратимым. Возникает он при нарушении баланса выделяемой в переходе мощности и мощности, рассеиваемой в окружающую среду. Если выделяемая мощность больше рассеиваемой, то температура внутри перехода увеличивается. При этом увеличивается внутреннее напряжение между материалами с различными коэффициентами теплового расширения. Когда эти напряжения превышают предел упругой деформации или предел прочности какого-либо слоя, то в нем происходят необратимые изменения структуры. При дальнейшем увеличении температуры она может увеличится до температуры плавления какого-либо материала, поэтому даже при понижении температуры до исходной, поскольку рекристаллизация расплава носит неуправляемый характер восстановление первоначальной структуры не происходит.

Лавинным пробоем называют явление резкого повышения обратного тока в узком диапазоне прироста обратного напряжения, которое вызвано лавинообразным размножением носителей заряда в результате ударной ионизации атомов в области перехода.

Механизм пробоя заключается в лавинообразном размножении носителей заряда в сильном электрическом поле. Электрон и дырка, ускоренные полем на длине свободного пробега, могут разорвать одну из валентных связей атома п/п, расположенного в области перехода. В результате рождается новая пара электрон - дырка и процесс может повторяться под действием этих новых носителей. Тогда суммарный ток через переход окажется больше, чем в отсутствии такой ионизации. При достаточно большой напряженности поля, когда одна исходная пара носителей в среднем порождает несколько больше одной новой пары, ионизация может приобрести лавинный характер.

Напряжение лавинного пробоя при увеличении температуры увеличивается, т.к. расстояние, проходимое электроном уменьшается вследствие того, что происходит усиление колебаний атомов в узлах кристаллической решетки (рисунок 1).

Туннельным пробоем называется явление перехода электронов через энергетический барьер, высота которого больше энергии электрона. Туннельный пробой возможен в диодах, у которых в электронно-дырочных переходах:

1) толщина перехода меньше диффузионной длины свободного пробега электрона;

2) напряженность результирующего электрического поля не менее 10⁸В/м;

3) на том же самом энергетическом подуровне, котором соответствует энергетическому состоянию электрона в соседней области, куда должен перейти электрон существует вакантное место, т.е. дырка.

Для создания таких условий электронно-дырочный переход выполняют из п/п с высоким уровнем легирования акцепторными и донорными примесями. В этом случае равновесный энергетический барьер возрастает пропорционально log(произведения основных носителей заряда). Это приводит к увеличению внутреннего электрического поля до необходимых значений его напряженности, и локализует его в области меньшей диффузионной длины свободного пробега электронов. Возрастание энергетического барьера приводит к такому смещению энергетических уровней, что потолок валентной зоны p-п/п имеет энергию большую, чем энергия дна зоны проводимости n-п/п. В результате этого образуется зона перекрытия величиной ΔW, в которой возможно явление туннелирования или протекания туннельных токов.

Лавинный и туннельный пробои, в отличие от теплового пробоя, являются обратимыми. Это означает, что они не приводят к повреждению диода и при снижении напряжения его свойства сохраняются.

Методика расчета температуры перехода полупроводникового диода. Ниже изложена методика расчета температуры перехода для единичного импульса мощности.

1.Аналитически или экспериментально определяется зависимость тока от времени в течении каждого импульса.

2.По ВАХ или экспериментально определяется падение напряжение на приборе для каждого момента времени.

3.Определение реального импульса мощности выделяемой в приборе путем расчета произведения тока и напряжения в каждый момент времени.

4.Определение длительности эквивалентного прямоугольного импульса мощности.

5.Определение теплового переходного сопротивления, соответствующего типу охладителя, скорости охлаждающего воздуха и длительности эквивалентного прямоугольного импульса мощности.

6. Расчет максимальной температуры.

32. Электри́ческая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

Когда емкость одного конденсатора мала, то соединяют несколько конденса­торов параллельно (рис. 113).

При параллельном соединении конденсаторов напряжение между пластинами каждого конденсатора одно и то же. Поэтому можно написать

Заряд каждого конденсатора:

Общий заряд батареи конденсаторов:

Обозначая емкость батареи конденсаторов через С, получаем

тогда

или окончательно

Следовательно, при параллельном соединении конденсаторов общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. При параллельном соединении каждый конденсатор окажется включенным на полное напряжение сети, поэтому параллельно соединять можно только те конденсаторы, у которых рабочее напря­жение больше или равно напряжению сети.

 

Рассмотрим последовательное соединение конденсаторов (рис 114).

Если левая пластина первого конденсатора заряжена положи­тельно (+), то вследствие электростатической индукции правая пластина этого конденсатора получит отрицательный заряд (—),

перешедший с левой пластины вто­рого конденсатора, которая сама зарядится положительно, и т. д. Значит при последовательном со­единении каждый конденсатор не­зависимо от величины его ем­кости получит один и тот же за­ряд, т. е.

Напряжение, приложенное ко всей батарее конденсаторов, равно сумме напряжений на пластинах каждого конденсатора:

Так как

для всей батареи

 

Теперь можно написать

или, сокращая на д, получим окончательно

Таким образом, при последовательном соединении конденсато­ров обратная величина общей емкости равна сумме обратных вели­чин емкостей отдельных конденсаторов. Каждый из конденсаторов включен на меньшее напряжение, чем напряжение сети, что позво­ляет при последовательном соединении конденсаторов их рабочее напряжение выбирать меньшим, чем напряжение сети.

Конденсаторы широко применяются в радиотехнике и промыш­ленной электротехнике.

33. Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля:

F = BI l sina (a - угол между направлением тока и индукцией магнитного поля). Эта формула закона Ампера оказывается справедливой для прямолинейного проводника и однородного поля.

Если проводник имеет произвольную формулу и поле неоднородно, то Закон Ампера принимает вид:

dF = I*B*dlsina

Закон Ампера в векторной форме:

dF = I [dl B]

34. Магни́тная инду́кция — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью .
35. Сила, действующая на заряды и токи в электромагнитном поле Правило левой руки для определения направления силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле

Правило левой руки Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а вытянутые четыре пальца совпадали с направлением тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле.

36. 1. Напряженность электрического поля – физическая характеристика электрического поля, определяющая силовое воздействие поля на электрический заряд.

Напряженность электрического поля является векторной величиной, численно равной отношению силы , с которой электрическое поле действует на положительный заряд Q, внесенный в рассматриваемую точку поля, к значению этого заряда, когда его величина стремится к нулю

(14.22)

За положительное направление вектора напряженности принято направление от положительного заряда + Q к отрицательному – Q (рис. 14.6).

Рис. 14.6. К пояснению понятия напряженности

Сила электрического поля, действующая на заряд, направлена вдоль вектора . Линия напряженности электрического поля – это линия, в каждой точке которой вектор касателен к ней. Уравнение линии вектора напряженности электрического поля:

(14.23)

где dx, dy, dz – проекции элемента длины dl вектора .

Для любой точки поля напряженность и потенциал поля связаны выражением

(14.24)

Напряженность имеет электростатическое происхождение. Существует также напряженность _стор, которая создается сторонними электростатическими силами (индукционными, термоэлектрическими, контактными на поверхностях различных проводников и др.). В этом случае результирующая напряженность электрического поля тока:

(14.25)

2. Магнитная индукция – это физическая характеристика магнитного поля, определяющая силовое воздействие на движущийся заряд. Магнитная индукция – векторная величина, характеризующая магнитное поле в каждой его точке.

Численно магнитную индукцию поля можно определить по механической силе, действующей на один движущийся заряд, элемент объема с заданной плотностью тока в нем, либо на элемент проводника с током.

Для заряда Q, движущегося со скоростью v во внешнем поле:

(14.26)

Направление силы находят по правилу векторного произведения ( ). Механическая сила максимальна при , и равна нулю при .

Направление магнитной индукции можно определить по правилу буравчика (правого винта), если буравчик вращать от вектора силы к вектору скорости положительного заряда Q (рис. 14.7).

Рис. 14.7. Взаимосвязь векторов

37. Индукти́вность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность^[1], краем которой является этот контур
ВЗАИМНАЯ ИНДУКТИВНОСТЬ, коэффициент взаимной индуктивности – величина, характеризующая отношение потокосцепления одной цепи (катушки) к току другой цепи (катушки), возбуждающему это потокосцепление. В Международной системе единиц (СИ) измеряется в генри (Г). Взаимная индуктивность зависит от числа витков катушек, их размеров и формы, взаимного расположения и магнитной проницаемости среды. Взаимная индуктивность двух катушек связана с их индуктивностью L₁ и L₂ следующим соотношением:

 

М = M _1-2 = М _2-1 = К / L ₁L ₂,

 

где К – коэффициент связи катушек, характеризующий степень их индуктивной связи; М – взаимная индуктивность, Г.

Коэффициент связи зависит от расположения катушек: при большем расстоянии между ними он уменьшается, при меньшем – увеличивается.

Собственная индуктивность замкнутого контура стоком, или самоиндукция контура, определяется как общее число линий магнитного потока, порожденных в замкнутом контуре с током в 1 А, которые распределены по всем участкам контура.

Для замкнутого контура с двумя проводниками a и b (токи текут в них в противоположных направлениях (см. рис. 2.46) его собственная индуктивность определяется по формуле

L = L_a — L_ab + L_b — L_ab = L_a + L_b — 2L_ab, (2.57)

где L_a — мистичная самоиндуктивность проводника a; L_b — частичная самоиндуктивность проводника b; L_ab — частичная взаимная индуктивность между проводниками a и b.

Эти отношения показывают, что при сближении проводников индуктивность контура уменьшается, поскольку взаимная частичная индуктивность возрастает, а частичная самоиндукция остается неизменной.

Часто для снижения индуктивности контура требуют уменьшать его площадь. Это в общем случае верно, но только частично. Площадь действительно определяет общее число линии магнитного потока контура, окружающих каждый проводник. Но, кроме площади, большое значение имеет форма контура и взаимное расположение проводников, которые образуют его.

Рис. 2.49. Два контура одинаковой площади, но с различной индуктивностью.

Для примера на рис. 2.49 показаны два различных контура, площади которых одинаковы. Они будут иметь различную индуктивность, так как частичная взаимная индуктивность между проводниками различна. Чем ближе располагаются проводники с противоположным направлением тока, тем больше их частичная взаимная индуктивность и меньше результирующая индуктивность контура. Как видно, основной механизм уменьшения самоиндукции контура заключается в увеличении частичной взаимной индуктивности между прямым и обратным проводом за счет их сближения. Конечно, при этом следует уменьшать и площадь контура.

Ед. измерения – генри.Гн
38.нет
39 Правило правой руки (Правило Ампера) - правило, позволяющее определить направление наведенной ЭДС электромагнитной ин­дукции.

Ладонь правой руки располагают так, чтобы магнитные линии входили в нее, отогнутый под прямым углом большой палец совмещают с направлением движения проводника, тогда вытянутые четыре пальца укажут направление индукти­рованной ЭДС.

 

40. ЭДС (ε) - отношение работы сторонних сил по разделению зарядов к величине этого заряда, иначе, способность данного источника давать необходимое количество зарядов необходимой энергии.

- ЭДС.
ЭДС не является силой в Ньютоновом смысле (неудачное название величины, сохраненное как дань традиции).
ε_i возникает при изменении магнитного потока Ф, пронизывающего контур.

- ЭДС индукции.

- ЭДС индукции в контуре, содержащем N витков провода.

- ЭДС индукции при движении одного из проводников контура (так, чтобы менялся Ф). В этом случае проводник длиной l, движущийся со скоростью v становится источником тока.

- ЭДС индукции в контуре, вращающемся в магнитном поле со скоростью ω.

Другие формулы, где встречается ЭДС:

- закон Ома для полной цепи. В замкнутой цепи ЭДС рождает электрический ток I.

 

Направление индукционного тока определяют по правилам:
- правило Ленца - возникающий в замкнутом контуре индукционный ток противо действует тому изменению магнитного потока, которым вызван данный ток;
- для проводника, движущегося в магнитном поле, иногда проще воспользоваться правилом правой руки - если расположить раскрытую ладонь правой руки так, чтобу в нее входили силовые линии магнитного поля В, а большой палец, отставленный в сторону указывал направление скорости v, то четыре пальца руки укажут направление индукционного тока I.

- ЭДС самоиндукции при изменении тока в проводнике.

41.нет.

42 Переменным током называется ток, который меняет направление движения в цепи. В электрической сети промышленный переменный ток изменяет направление через каждую 0,01 с.
Для получения синусоидальной ЭДС в обмотке якоря необходимо, чтобы распределение магнитных линий (т.е. магнитной индукции) в воздушном зазоре между статором (1) и ротором (2) было также синусоидальным.

Этого можно достичь двумя путями:
1) применением электромагнитов с полюсами надлежащей формы;
2) соответствующим размещением обмотки возбуждения в пазах ротора.
В первом случае ротор выполняется с явно выраженными (выступающими) полюсами. Полюсные наконечники имеют такую форму, при которой воздушный зазор увеличивается, а магнитная индукция (плотность магнитных линий) уменьшается от середины полюса к его краям.

Во втором случае ротор представляет собой массивный стальной цилиндр, в пазах которого размещена обмотка возбуждения. Отдельные катушки этой обмотки соединены между собой так, как показано на рис. (Сплошные линии показывают соединения катушек с переднего торца ротора, а пунктирные линии с заднего торца). Магнитные потоки катушек имеют общую ось (N-S). Размеры катушек неодинаковы. Благодаря этому максимум магнитной индукции Вm совпадает с осью полюсов NS и по мере удаления от этой оси плотность магнитного потока убывает. Распределение магнитной индукции в воздушном зазоре при этом получается близким к синусоидального.

Тихоходные генераторы, приводимые в движение гидротурбинами или двигателями внутреннего сгорания, выполняются с явно выраженными полюсами. Быстроходные паротурбинные генераторы имеют цилиндрические роторы с неявно выраженными полюсами.

Круговая скорость ротора в быстроходных машинах достигает значении 150 - 160 м / сек. При этих скоростях применять роторы с явно выраженными полюсами нельзя по условию механической прочности.

Концы обмотки возбуждения у ротора любого исполнения присоединены к двум, изолированных от вала колец. Ток в обмотку возбуждения подается через щетки, наложенные на кольца. Как правило, обмотка ротора питается от возбудителя (генератора постоянного тока), находящегося на одном валу с ротором синхронного генератора. Мощность возбудителя составляет 1 - 3% от номинальной мощности генератора.

43нет
47 Сопротивления в цепи переменного тока

Электрический ток в проводниках непрерывно связан с магнитным и электрическими полями. Элементы, характеризующие преобразование электромагнитной энергии в тепло, называются активными сопротивлениями (обозначаются R). Типичными представителями активных сопротивлений являются резисторы, лампы накаливания, электрические печи и т.д.