[Ред.]Використання конденсаторів

Конденсаторам знаходиться використання практично у всіх галузях електротехніки.

Конденсатори використовуються як фільтри при перетворенні змінного струму на постійний.

При з`єднанні конденсатора з котушкою індуктивності утворюється коливальний контур, який використовується у пристроях прийому-передачі.

За допомогою конденсаторів можна отримувати імпульси великої потужності, наприклад, у фотоспалахах.

Оскільки конденсатор здатний довгий час зберігати заряд, то його можна використовувати в якості елемента пам`яті.

7

Пості́йний струм — електричний струм, незмінний в часі.

Необхідно відзначити деяку некоректність терміну постійний струм: насправді для постійного струму незмінним є перш за все значення напруги (вимірюється у вольтах), а не значення струму (вимірюється в Амперах), хоча значення струму також може бути незмінним. Тому термін постійний струм слід розуміти як постійну напругу. Далі використовуватимемо термін саме в цьому значенні.

Використовування терміну постійний струм (так само, як і змінний струм) підкреслює «силовий» характер даного сигналу, тобто це електричний сигнал, що передає потужність, призначений для живлення електричних пристроїв. У інших значеннях використовують точніші терміни: напруга, сигнал тощо

Нерідко цим терміном називають також електричний струм, який з часом може і змінюється за величиною, але не змінюється за напрямом (наприклад, пульсуючий електричний струм). Останнє обумовлюється можливістю розкладу одержуваного сигналу в ряд Фур'є, у якого постійна складова буде не нульова.

Постійний струм широко використовується в техніці: переважна більшість електронних схем як живлення використовує постійний струм. Змінний струм використовується переважно для зручнішої передачі від генератора до споживача.

Електричним колом називають замкнутий шлях по якому проходить електричний струм.

лектричне коло може включати в себе як лінійні так і нелінійні елементи. Лінійними елементами електричного кола називають такі, для яких існує пропорційність між падінням напруги та силою струму. До лінійних елементів належать резистори, конденсатори та котушки індуктивності. Для нелінійних елементів залежність між силою струму та падінням напруги, яку називають вольт-амперною характеристикою, — складна функція. До нелінійних елементів належать, наприклад, діоди й транзистори.

Елементи електричного кола:

1.Джерело електричної енергії

2.Комутаційна апаратура

3.Апаратура захисту

4.Споживачі енергії

5.Контрольно-вимірювальна апаратура

6.Зєднувальні провода

8

Сила струму (або просто струм) — кількісна характеристика електричного струму в провіднику, скалярна величина , яка відповідає кількості заряду (Δq), що проходить через перетин провідника за час Δt, розділеному на цей проміжок часу.

У системі СІ сила струму вимірюється в амперах. Відповідно, густина струму вимірюється в A/м².

Якщо за кожен проміжок часу Δt заряд Δq однаковий і напрямок струму незмінний, то такий струм називають постійним.

Зрозуміло, що механічним аналогом сили струму є кількість води, що проходить через поперечний переріз трубки за 

9

Електри́чний о́пір — властивість провідника створювати перешкоди проходженню електричного струму.

Позначається здебільшого латинською літерою R, одиниця опору в СІ - Ом.

Електричний опір використовується у випадках лінійної залежності електричного струму в провіднику від прикладеної напруги, й є коефіцієнтом пропорційності між падінням напруги U йсилою струму I

U = IR.

Для провідника довжиною l і поперечним перерізом S опір визначається за формулою

.

де ρ — питомий опір — характеристика матеріалу з якого виготовлений провідник. Питомий опір — це опір провідника кубічної форми з одиничними розмірами. Найменше значення ρ длясрібла і золота. Ці матеріали використовують для виготовлення контактів в мікросхемах.

10

Електрорушійна сила  кількісна міра роботи сторонніх сил із переміщення заряду, характеристика джерела струму.

Позначається здебільшого літерою , вимірюється в системі СІ у Вольтах. Зазвичай електрорушійна сила скорочується в текстах до е.р.с.

Електрорушійна сила ділянки кола дорівнює енергії, яку отримує одиничний заряд, пройшовши цю ділянку кола.

Для замкненого кола

,

де  — стороння сила.

Для протікання електричним колом струму необхідно, щоб у колі були елементи, які переміщують електричні заряди, збільшуючи їхню енергію. Сили, які виконують цю функцію називаються сторонніми силами. За своєю природою сторонні сили можуть бути різноманітні: хімічні, як у електричних батареях і акумуляторах, термоелектричні, як у термопара, чи зумовлені явищемелектромагнітної індукції, як у генераторах електричного струму. Кожне джерело струму характеризується своєю електрорушійною силою й внутрішнім опором.

Напруга (U) на ділянці електричного кола — фізична величина, що визначається роботою, яка виконується сумарним полем електростатичних і сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду на даній ділянці кола. Поняття напруги є узагальненим поняттям різниці потенціалів: напруга на кінцях ділянки кола дорівнює різниці потенціалів в тому випадку, якщо на цій ділянці не прикладена електрорушійна сила.

Напруга вимірюється у вольтах (B).

Для вимірювання напруги використовуються прилади, які називаються вольтметрами, мілівольтметрами тощо.

В побутовій електромережі України використовується змінний струм із напругою 220 В.

11

Зако́н О́ма — це твердження про пропорційність сили струму в провіднику прикладеній напрузі.

Закон Ома справедливий для металів і напівпровідників при не надто великих прикладених напругах. Якщо для елемента електричного коласправедливий закон Ома, то говорять, що цей елемент має лінійну вольт-амперну характеристику.

У електротехніці прийнято записувати закон Ома у інтегральному вигляді

де U — прикладена напруга, I — сила струму, R — опір провідника.

Проте опір є характеристикою провідника, а не матеріалу, й залежить від довжини та поперечного перерізу провідника. Тому в фізиці застосовують закон Ома у диференціальному вигляді:

де j — густина струму, σ — питома провідність матеріалу, E — напруженість електричного поля.

Питома провідність залежить від кількості вільних носіїв заряду в провіднику і від їхньої рухливості.

Різниця потенціалів (напруга) на кінцях провідника довжиною l з постійною напруженістю електричного поля E дорівнює

U = Δφ = El

Якщо провідник має площу перерізу S, то сила струму в ньому зв'язана з густиною сили струму формулою:

I = jS.

Виходячи із закону Ома в формі

j = σE

і, підставляючи значення j = I / S та E = U / l, отримуємо рівняння

,

або

,

де опір R визначається через питому провідність формулою

.

Тут ρ = 1 / σ — питомий опір.

В повному колі окрім опору навантаження є ще джерело джерело живлення, яке має свій власний внутрішній опір. Сила струму в ньому визначається формулою

де  — електрорушійна сила, R — опір навантаження, r -внутрішній опір джерела струму.

12

Перший закон Кірхгофа  Алгебраїчна сума струмів у гілках, що сходяться до будь-якого вузла електричного кола, тотожно дорівнює нулю. Згідно з цим законом, якщо до деякого вузла ланцюга приєднано n гілок зі струмами i _1, i _2, ..., i _n, то в будь-який момент часу   ,  де  , Якщо напрямок струму позитивно і орієнтоване від вузла (струм виходить з вузла), або  , Якщо струм входить у вузол. Таким чином, будь-якому вузлу ланцюга відповідає рівняння, що зв'язує струми в гілках ланцюга, з'єднаних з даним вузлом.  В якості прикладу наведемо схему на малюнку 1.  Рис.1.  Відповідно до першого закону Кірхгофа:   .  Загальне число рівнянь, яке можна скласти за першим законом Кірхгофа для ланцюга, дорівнює числу вузлів ланцюга  .  Так, для чотирьох вузлів графа (малюнок 2) можна скласти наступні чотири рівняння: 

4

2

i 1

i 3

i 2

i 4

i 6

i 5

3

1

Рис.2.  вузол 1:  ,  вузол 2:  ,  вузол 3:  ,  вузол 4:  .  Перший закон Кірхгофа часто називають законом Кірхгофа для струмів і скорочено у тексті позначають ЗКТ.  Число незалежних рівнянь дорівнює трьом, так як будь-яке з цих рівнянь відрізняється від суми трьох інших тільки знаком. Отже, якщо ланцюг містить  вузлів, то для неї можна скласти за першим законом Кірхгофа  незалежних рівнянь. Сукупність з N вузлів ланцюга, рівняння для яких утворюють систему лінійно незалежних рівнянь, називають сукупністю незалежних вузлів ланцюга. 

Другий закон Кірхгофа  Другий закон Кірхгофа формулюється наступним чином: алгебраїчна сума напруг гілок в будь-якому контурі ланцюга тотожно дорівнює нулю. Для замкнутого контуру, зображеного на малюнку 6, можна записати співвідношення:   . 

u 3

u 2

u 5

u 1

u 4

e 5

e 3

Рис.6.  Згідно з другим законом Кірхгофа при обході контура за годинниковою стрілкою справедливе співвідношення:   .  Зміна напрямку обходу еквівалентно зміни знаків напружень на протилежні (множенню на мінус одиницю). 

13

Закон Джоуля — Ленца — кількість теплоти, що виділяється струмом в провіднику, пропорційна силі струму, часу його проходження і падінню напруги.

,

де I — сила струму, R — опір, t — час.

Закон Джоуля-Ленца справедливий у межах застосовності закону Ома.