Файл: Основные.ppt

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

• Если к источнику питания подключить внешнюю цепь сопротивлением R, то в цепи пойдёт ток с учётом внутреннего сопротивления источника:
• Если ток в цепи равен нулю - цепь разомкнута, ЭДС источника равна напряжению на его выводах.
• В случаях, когда внутренним сопротивлением источника можно пренебречь (r ≈ 0), напряжение на выводах источника будет равно ЭДС ( ≈ U ) независимо от сопротивления внешней цепи R.
• Такой источник питания называют источником напряжения.

• Теоретически на выводах у идеального источника напряжение не зависит от величины тока нагрузки и является постоянной величиной. Однако, это условная абстракция, которая не может быть осуществлена на практике. У реального источника при увеличении тока нагрузки значение напряжения на зажимах всегда уменьшается.
• Источник тока – это источник питания, создающий ток, который является строго постоянной величиной и никак не зависит от значения сопротивления на подключенной нагрузке, а внутреннее сопротивление его приближается к бесконечности. Это тоже теоретическое допущение, которое на практике не может быть достигнуто.

Первый закон Кирхгофа.

• В ветвях, образующих узел электрической цепи, алгебраическая сумма токов равна нулю.
• I1 + I2 + I3 +... + In = 0.
• При этом направленный к узлу ток принято считать положительным, а направленный от узла — отрицательным.
• Сумма токов, направленных к узлу электрической цепи, равна сумме токов, направленных от этого узла. Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает.
• I1 = I2 + I3 +... + In.

Пример:

• Найти I4, если то I1=140 мА, I2= 40мА, I3= 60мА.

Второй закон Кирхгофа

• В замкнутом контуре электрической цепи сумма всех ЭДС равна сумме падения напряжения в сопротивлениях того же контура.
• E1 + E2 + ..+ En = U1+U2+..+Un = I1R1 + I2R2 +...+ InRn.
• ∑ E=∑ U =∑ IR

• При составлении уравнений выбирают направление обхода цепи и произвольно задаются направлениями токов.
• Если в электрической цепи включены два источника энергии, ЭДС которых совпадают по направлению, т. е. согласно , то ЭДС всей цепи равна сумме ЭДС этих источников, т. е. E = E1+E2+Е3.
• Если же в цепь включено два источника, ЭДС которых имеют противоположные направления, т. е. включены встречно, то общая ЭДС цепи равна разности ЭДС этих источников Е = Е1 - Е2.

---

• Первый и второй законы Кирхгофа, записанные для всех независимых узлов и контуров разветвленной цепи, дают в совокупности необходимое и достаточное число алгебраических уравнений для расчета электрической цепи. Таким образом, законы Кирхгофа сводят расчет разветвленной электрической цепи к решению системы линейных алгебраических уравнений.

Закон сохранения энергии (баланс мощностей)

• Электрическая энергия (мощность), вырабатываемая источниками, равна энергии (мощности), потребляемой нагрузкой и вспомогательными элементами:
• ∑Pист=∑Pн+∑Pвсп
• Законы Ома и Кирхгофа используют для расчета ЭЦ, закон сохранения энергии — как правило, для проверки правильности расчетов.

Закон Джоуля—Ленца (закон теплового действия тока)

• Знаменитый русский физик Ленц и английский физик Джоуль, проводя опыты по изучению тепловых действий электрического тока, независимо друг от друга вывели закон Джоуля-Ленца. Данный закон отражает взаимосвязь количества теплоты, выделяемого в проводнике, и электрического тока, проходящего по этому проводнику в течение определенного периода времени.
• Согласно закону Джоуля - Ленца, электрический ток, проходящий по проводнику, сопровождается количеством теплоты, прямо пропорциональным квадрату тока и сопротивлению, а также времени течения этого тока по проводнику.

• Джоуль - это единица измерения количества теплоты, используемая в международной системе единиц (СИ). Она чаще используется в физике, а в теплотехнике большее распространение имеет внесистемная единица измерения с названием «калория». Для пересчета джоулей в калории термохимические надо использовать соотношение, в котором 1 джоуль примерно равен 0.239005736 калории.
• Q = 0,24*I2Rt
• Величина "к" представляет собой тепловой эквивалент работы и применяется в тех случаях, когда количество теплоты измеряется в калориях, сила тока – в амперах, сопротивление – в Омах, а время – в секундах. Численное значение величины к составляет 0,24, что соответствует току в 1 ампер, который при сопротивлении проводника в 1 Ом, выделяет в течение 1 секунды количество теплоты, равное 0,24 ккал.

• В соответствии с законом Ома I = U/R. Если это значение силы тока подставить в основную формулу, она приобретет следующий вид: Q = (U2/R)t.
• Основная формула Q = I2Rt очень удобна для использования при расчетах количества теплоты, которое выделяется в случае последовательного соединения. Сила тока во всех проводниках будет одинаковая. При последовательном соединении сразу нескольких проводников, каждый из них выделит столько теплоты, которое будет пропорционально сопротивлению проводника.
• Если последовательно соединить три одинаковые проволочки из меди, железа и никелина, то максимальное количество теплоты будет выделено последней. Это связано с наибольшим удельным сопротивлением никелина и более сильным нагревом этой проволочки. При параллельном соединении этих же проводников, значение электрического тока в каждом из них будет различным, а напряжение на концах – одинаковым. В этом случае для расчетов больше подойдет формула Q = (U2/R)t. Количество теплоты, выделяемое проводником, будет обратно пропорционально его проводимости.

---

• Закон Джоуля - Ленца широко используется для расчетов установок электрического освещения, различных отопительных и нагревательных приборов, а также других устройств, связанных с преобразованием электрической энергии в тепловую.

• На нагревании проводников электрическим током основано устройство электрического освещения, электронагревательных приборов, электрических печей, многих типов измерительной и медицинской аппаратуры и т. д.
• Электрическое нагревание проводников не всегда находит полезное применение. Так, в проводах линий электропередач нагревание связано с бесполезной затратой электрической энергии, при больших токах может создавать опасность возникновения пожаров. Во избежание чрезмерного нагрева линейных проводов, а также различных обмоток электрических машин и аппаратов из изолированной проволоки для электрической аппаратуры установлены нормы максимальных значений токов, пропускаемых по данному проводу или обмотке.

• При прохождении тока через проводник температура его быстро повышается, так как разность температур проводника и окружающей среды мала. Поэтому теплота, излучаемая в изолирующую среду, мала и расходуется в основном на нагрев проводника. С увеличением температуры провода растет как разность температур провода и окружающей среды, так и теплота, отдаваемая в окружающую среду, т. е. повышение температуры провода замедляется. При некоторой установившейся температуре провода наступает равновесие между теплотой, выделяемой током, и теплотой, отдаваемой в окружающую среду. Ток, при котором устанавливается наибольшая допустимая температура провода, называется допустимым током. Наибольшая допустимая температура зависит от изоляции провода и способа его прокладки.

• Расчет проводов по формулам, основанные на законах нагрева, очень сложны. На практике допустимое для данного тока сечение провода определяется по таблицам допустимых длительных токовых нагрузок на провода и кабели, приведенным в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ).
• Провод выбирается такого сечения, чтобы допустимый ток его был равен или больше заданного или расчетного тока.

---