Файл: Источники постоянного и переменного тока и их применение.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Решение задач

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 03.12.2023

Просмотров: 124

Скачиваний: 5

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

ПРОЕКТ ПО ТЕМЕ«Источники постоянного и переменного тока и их применение»Подготовил ученик 11 классаНовиков РодионРуководительБудаков Александр Михайлович Оглавление Введение 1Из истории постоянного тока. 4Получение постоянного тока 6Достоинства и недостатки постоянного тока 7Применение постоянного тока в промышленности и быту 8Задача 1: 10Переменный ток — происхождение и применение 11Основные параметры переменного тока 11 Сравнительные характеристики постоянного и переменного токов 12Из истории переменного тока. 14Получение переменного тока 17Задача 2: 19Применение переменного тока 19Задача 3: 21Перспективы совместного существования переменного и постоянного тока 22Передача тока на большие расстояния 23Другие варианты применения постоянного и переменного тока 24Заключение 25Используемая литература и источники: 28 Введение Обоснование выбора темы: Увеличение собственных знаний об электрическом токе с расчётом на будущую профессию. Цель: Составление реферата, содержащего информацию о постоянном и переменном токах и их применении Задачи: Сбор материалов о постоянном и переменном электрических токах и их применении. Организация собранного материала по разделам. Редактирование информации. Составление предварительного продукта. Анализ и доработка имеющегося продукта. Составление конечного продукта проекта. Подготовка к защите и защита проекта. Электричество – это тип энергии, передаваемый движением электронов через проводящий материал. Например, металлы представляют собой материалы с высокой электропроводностью и позволяют легко перемещать электроны. Внутри проводящего материала электроны могут двигаться в одном или нескольких направлениях.Электроэнергия в современном мире существует в двух видах. Одна её ипостась – постоянный ток, а вторая – переменный. Разница между ними принципиальная и то, что доступно одному виду электричества, недоступно другому. Так, постоянный ток известен людям очень давно, а переменный был поставлен человеком на службу цивилизации буквально сегодня по историческим меркам.Постоянный ток - происхождение и применение Постоя́нный ток - электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. График 1.Постоянный ток является разновидностью однонаправленного тока. Однонаправленный ток (DC, англ. directcurrent) - это электрический ток, не изменяющий своего направления. - Условное обозначение однонаправленного тока на электроприборах.С источниками постоянного тока мы сталкиваемся ежесекундно. Когда мы читаем текст с экрана своего монитора, в том, что мы различаем буквы, есть заслуга постоянного тока. Именно от источников постоянного тока запитан компьютер и все его микросхемы. Именно перепадам между уровнями сигнала, соответствующим нулю и единице, мы обязаны существованию цифровой вселенной. Постоянный ток протекает в фонарике и мобильном телефоне, в автомобиле и множестве других устройств бытового и специального назначения, где есть хоть один транзистор или диод. Из истории постоянного тока.Способы получения и применение постоянного тока были известны еще во времена Древнего Мира. Археологами, производящими раскопки в долине Евфрата, были найдены странные керамические сосуды в жилище некоторых ювелиров. Сосуды имели устройство, схожее с гальванической батареей и соединялись между собой медной проволокой. Каково же было удивление археологов, когда они ради эксперимента заполнили один из сосудов кислотой и получили на его полюсах потенциал, равный полутора вольтам! Оказалось, что блоки батарей древние ювелиры применяли для гальванического покрытия ювелирных изделий различными металлами, что и подтвердили готовые образцы изделий, которые часто попадались ученым ранее.Есть гипотезы, что при строительстве пирамид в Египте использовали электричество для освещения залов и коридоров в тех местах, где наносили росписи на барельефы. Ученые спорят до сих пор по этому поводу, так как есть предположение о том, что свет подавали при помощи системы зеркал с поверхности. Как бы то ни было, но следов копоти на стенах древних залов с  росписями не обнаружено и это факт, который остается необъяснимым до сих пор. Ясно одно, что шумеры умели пользоваться электричеством, а жили они раньше египетской цивилизации.В современном понимании постоянный ток возникает в замкнутой цепи, состоящей из источника постоянного тока, например, аккумуляторной или химической батареи, проводников и нагрузки. В качестве нагрузки может выступать материал с электрическим сопротивлением, гораздо большим, нежели сопротивление проводников, замыкающих электрическую цепь. Это может быть лампочка с вольфрамовой спиралью или реостат из нихромовой проволоки или любая другая нагрузка, сопротивление которой имеет значение, отличное от нуля.Получают постоянный ток различными способами. Самый древний из них – химический, основанный на возникновении разницы потенциалов между проводниками из разных материалов, помещенных в кислотную или щелочную среду. Химические батареи и аккумуляторы используются людьми не одно тысячелетие и сегодня они в ходу, только в значительно более усовершенствованном виде по сравнению со своими древними предками. Более современные источники постоянного тока – фотоэлементы, позволяющие получать разницу потенциалов при облучении их Солнцем и генераторы постоянного тока, которые приводят в действие при помощи механической энергии, прилагаемой снаружи. Сегодня генераторы постоянного тока наиболее распространены в ветроустановках с преобразователем напряжения.Постоянный ток движет поезда на железной дороге. Электрифицированные участки сегодня составляют значительную величину по протяженности в нашей стране. Постоянный ток применяют и для передачи на большие расстояния значительных мощностей электрической энергии при сверхвысоких потенциалах.При всей широте применения постоянного тока имеются значительные ограничения, которые препятствуют использованию его в повседневной деятельности для питания бытовых приборов и промышленных установок. Связано это с большими потерями на омическое сопротивление в проводниках, что сказывается самым негативным образом на работе осветительного и прочего оборудования. Для того чтобы снизить потери, необходимо применять проводники большего сечения, причем альтернативы меди здесь практически нет. А медные провода весьма дороги.Это препятствие заставило ученых искать иные способы получения и передачи электроэнергии на любые расстояния практически без потерь. Ныне в этой области человеческой деятельности главную роль играет переменный ток. Получение постоянного тока Постоянный ток мы получаем от следующих источников, это:- первичные источники (обыкновенные, простые  батарейки);- электрохимические аккумуляторы;- генераторы постоянного тока.  Рис. 1Принцип устройства  электрохимических аккумуляторов изображен на рисунке 1.   Электрохимические аккумуляторы могут быть возвращены в первоначальное свое состояние под воздействием электрического тока — в процессе их зарядки либо подзарядки.   Рис. 2Первичные источники (элементы), разнообразные типы батареек (рис.2), - не могут быть возвращены в свое первоначальное состояние в процессе их зарядки электрическим током, то есть, такие источники по истечению своего срока эксплуатации подлежат только утилизации.Различие между генератором переменного тока и генератором постоянного тока состоит в том, что в генераторе постоянного тока размещено большее количество витков  в пазах якоря (по сравнению с генератором переменного тока),  а также,  укреплено  четное количество главных и добавочных полюсов на внутренней станине генератора.Изменение полярности подключения источника постоянного тока может привести к необратимому повреждению устройств. Чтобы этого избежать, на оборудовании обычно ставятся обозначения полюсов. Аналогично контакты отличаются традиционным использованием металлической пружины для отрицательного полюса и пластины – для положительного. В устройствах с перезаряжаемыми батареями трансформатор-выпрямитель имеет выход, так что соединение выполняется только одним способом, что предотвращает инверсию полярности. Достоинства и недостатки постоянного тока В первую очередь, чем отличается переменный ток от постоянного, – это присутствием источников потерь на реактивную энергию. Однако постоянный электрический ток предполагает потери на нагрев. Точное их определение зависит от технологии и уровня напряжения. Для высоких напряжений – около 3% на 1000 км. Другим источником потерь в системах электропередачи на постоянном токе служат подстанции для преобразования переменного тока в постоянный, и наоборот. Суммарные потери намного ниже, чем для переменного тока, но существенными являются материальные затраты на строительство этих подстанций. Применение постоянного тока в промышленности и быту Постоянный ток широко используется в технике: подавляющее большинство электронных схем в качестве питания используют постоянный ток. Переменный ток используется преимущественно для более удобной передачи от генератора до потребителя. Иногда в некоторых устройствах постоянный ток преобразуют в переменный ток преобразователями (инверторами).Постоянный ток широко используется в электрических двигателях общественного транспорта (троллейбус, метро, и т.д.). Простые и удобные электрические двигатели переменного тока не позволяют в широких пределах плавно менять скорость своего вращения. С такой задачей хорошо справляется только двигатель постоянного тока. Питание этих двигателей осуществляется с тяговых выпрямительных подстанций. Приходящий на них с электростанций переменный ток при помощи ртутных выпрямителей преобразуется в постоянный, а затем подается в контактную сеть - в провода и рельсы.Применение тяговых двигателей постоянного тока на транспортных машинах оказалось настолько выгодным, что их можно встретить на тепловозах и теплоходах. Их основными двигателями служат дизели, которые приводят в движение генераторы, вырабатывающие постоянный ток. А он в свою очередь заставляет работать электрические двигатели, вращающие колеса или гребные винты.Хорошие регулировочные способности электродвигателей постоянного тока позволили с успехом применить их также на подъемно-транспортных механизмах. На обычных кранах, используемых в строительстве, работают двигатели переменного тока. Но на мощных подъемных кранах больших металлургических заводов устанавливают двигатели постоянного тока. Ведь здесь надо плавно поднимать и переносить огромные ковши с расплавленным металлом, разливать его или подавать раскаленные болванки на прокатные станы.Эти двигатели приводят в движение и механизмы гигантских шагающих экскаваторов.Двигатели постоянного тока могут развивать очень большие скорости вращения - до 25 тыс. об/мин. Это позволяет получать большую мощность при очень небольших размерах двигателя. Поэтому они незаменимы в качестве моторов управления, применяемых на самолетах для поворотов рулей, закрылков, для подъема и опускания шасси и других механизмов.Неизменное направление движения электронов в цепи постоянного тока определило большую и важную область его применения, в которой переменный ток с ним соперничать не может: это электролиз - процесс, связанный с прохождением тока через жидкие растворы-электролиты. Под воздействием постоянного тока, проходящего через электролит, он разлагается на отдельные элементы, которые осаждаются на определенных электродах: на аноде или катоде. Это свойство широко используется в цветной металлургии (для получения алюминия, магния, цинка, меди, марганца). В химической промышленности при помощи электролиза получают фтор, хлор, водород и другие вещества.В гальванотехнике электролиз применяют для осаждения металла на поверхность различных изделий. Гальванизацию применяют в медицине для лечения некоторых болезней.Постоянное направление движения электронов помогает постоянному току соперничать с переменным в сварочном деле и некоторых видах освещения. При сварке постоянным током частички металла переносятся с электрода на изделие более правильно, и шов получается качественнее, чем при сварке переменным током.Постоянный ток широко применяется в быту. К примеру, большинство приборов, которыми человек пользуется каждый день, таких как модем или зарядное устройство для мобильного, работают на постоянном токе. Генератор автомобиля, вырабатывает и преобразует постоянный ток, для зарядки аккумулятора. Любое портативное устройство питается от источника постоянного тока. Задача 1:Условие задачи:Для включения в сеть дуговой лампы, рассчитанной на напряжение 42 В и силу тока 10 А, требуется дополнительное сопротивление 8,5 Ом. Определить напряжение сети.Дано:U0=42 В, I=10 А, R1=8,5 Ом, U−? Решение задачи: Так как дуговая лампа и дополнительное сопротивление соединены последовательно, то верно следующее равенство (напряжение сети равно сумме напряжений на лампе U0 и дополнительном сопротивлении U1):U=U0+U1(1) Опять же, поскольку дуговая лампа и дополнительное сопротивление соединены последовательно, значит через них течет один и тот же ток I, поэтому напряжение U1 на дополнительном сопротивлении величиной R1 можно найти по формуле:U1=IR1(2) Подставим (2) в (1), тогда получим:U=U0+IR1 Задача решена в общем виде, посчитаем численный ответ:U=42+10⋅8,5=127В Ответ: 127 В. Переменный ток — происхождение и применение Переменный электрический ток (AC, от англ. alternating current) - это меняющийся по своей величине и направлению с определенной периодичностью электрический ток. В электротехнике в качестве буквенного обозначения электрического тока принято использовать знак тильда (

Основные параметры переменного тока

Сравнительные характеристики постоянного и переменного токов

Задача 3:

Другие варианты применения постоянного и переменного тока

Заключение

Используемая литература и источники:



И именно поэтому при работе с напряжением необходимо тщательно соблюдать все нормы и правила безопасности и не забывать про внимательность и аккуратность. Ведь, как говорил Никола Тесла, электричества не стоит бояться, его стоит уважать.



Никола Тесла

Терминологический словарь

Таблица величин:

Физическая величина
Обозначение
Единицы измерения
Расчётная формула

Сила тока
I
А
I=q/t

Электрическое напряжение
U
В
U=A/q

Электрическое сопротивление
R
Ом
R=l/S

Работа электрического тока
A
Дж, кВт*ч
A=UIt

Мощность электрического тока
P
Вт, кВт
P=UI



Электрический ток – упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц, создаваемое (вызываемое) электрическим полем.

- DC - сокращения от первых букв англ. directcurrent (постоянный электрический ток).

- АС – сокращения от первых букв англ. alternating current (переменный электрический ток).

- ДС - движущая сила.

- ЭДС – электродвижущая сила.

- ЛЭП – линии электропередач.

- В - (Вольт), единица электрического напряжения. Названа в честь А.Вольта, сконструировавшего первый источник тока.

- Вольтметр - прибор для измерения напряжения.

- А – ампер, единица силы тока. Названа в честь французского ученого А.А.Ампера (1755-1836).

- Амперметр – прибор, измеряющий силу тока.

- Ом – единица сопротивления называется ом.

- Закон Ома: Сила тока на участке цепи равна отношению напряжения на этом участке к его сопротивлению, т.е. связь между тремя величинами, характеризующими протекание электрического тока в цепи - силой тока I, напряжением U и сопротивлением R (I= U/R). Закон был установлен в 1827 году немецким ученым Г.Омом.

- Гц - Герц - производная единица, единица измерения частоты периодических процессов (например, колебаний) в международной системе единиц (СИ). Названа в честь немецкого ученого-физика 19 века Генриха Герца, который внес важный вклад в развитие электродинамики.


- Дж - единица измерения работы и энергии системе СИ.

Закон Джоуля – Ленца: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику: Q=I2Rt.

Д.Джоуль (1818-1889) – английский ученый.

Э.Х Ленц (1804-1865) – русский ученый.

Используемая литература и источники:


  1. Новейший полный справочник школьника: 5-11 кл. Физика, авт.-сост. О.П.Бальва.- М, Эксмо, 2009, стр.199-263.

  2. Электротехника. Учебник для ПТУ, под ред. А.Я.Шихина. М., Высшая школа, 1991.

  3. Физика - ЕГЭ. Типовые экзаменационные варианты. Под ред. М.Ю.Демидовой. М. Изд. «Нац.образование», 2019.

  4. ДЭ (Детская энциклопедия) №2-2018.

  5. Изображения: http://ru.wikipedia.org/

Смотрите также файлы