19. Основные закономерности цепей постоянного тока. Закон Ома, 1-е и 2-е правила Кирхгофа. Применение постоянного тока в технике и технологиях.

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических частиц в пространстве.

Силой тока называется количество электричества, проходящее через поверхность за единицу времени: I=dq/dt

Плотностью тока называется величина тока, проходящего через единичную площадь: j=dI/dS

Ток называется постоянным, если его сила и направление не меняются с течением времени. Для постоянного тока: I=q/t

Законы постоянного тока.

Закон Ома: Напряжение на участке цепи равно произведению его сопротивления R [Ом] на силу тока I, [А]:U=RI,B.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению: I = U / R;

При последовательном соединении резисторов:

R=R₁+R₂ при параллельном соединении:

1/R=1/R1 + 1/R2

Мощность, выделяемая в проводнике равна:

Вт. P=I^2*R=U^2/R, Вт

Энергия, выделяющаяся за время Т, равна:

W=PT=I^2*RT=(U^2*T)/R, Дж

Правило Кирхгофа первое.

Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

Правило Кирхгофа второе (правило контуров).

В любом замкнутом контуре сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме приложенных в нем э.д.с.

Применение постоянного тока в технике и технологиях: трамваи, электрички, электродвигатели, троллейбусы. Большинство электронных схем в качестве питания используют постоянный ток. Иногда в некоторых устройствах постоянный ток преобразуют в переменный ток преобразователями.

20. Основные закономерности цепей переменного тока. Закон Ома для цепей переменного тока. Последовательный и параллельный резонансы. Явление резонанса и его применение в технике и технологиях.

Переменный ток — это ток, сила и направление которого изменяются во времени.(по закону sin и cos)

Переменный ток получают, используя явление электромагнитной индукции, при котором в проводнике, пересекающем магнитное поле, возникает электродвижущая сила.

Электродвижущая сила переменного тока определяется выражением:

E=E_msin(t+),где E_m, — максимальное или амплитудное значение э.д.с.,  = 2f— круго­вая частота, f == 1/T — частота изменения направления тока в секунду, Т — период колебания,  — фаза относительно некоторого начального момента времени.

Различают мгновенное и действующее значения напряжения и тока, имеющие соотношение:

Еп=Еm/sqrt, Iп=Im/sqrt

Мощность в цепи переменного тока равна, ((Em*Im)/2)*cos(фи)

где E_m, и 1_m — амплитудные значения напряжения и тока в электрической цепи, — сдвиг фазы между ними.

Любой проводник электрической цепи обладает тремя видами сопротивления:

1. Активным: R = U/I; (токи, напряжение совпадают по фазе)

2. Индуктивным: Х_L, =L; (ток отстает по фазе на 90^о)

3. Емкостным: Хс = 1/С.(опережает по фазе на 90^о)

Поэтому общее сопротивление цепи, в которой имеются сопротивление (резистор), индуктивность и емкость, будет определяться выражением:

При равенстве Д= 1/С в цепи наступает резонанс.

В связи с удобством преобразования из высокого напряжения, необходимого для передачи электроэнергии на большие расстояния в низкое, необходимое для непосредственного использования в быту и в технике, переменный ток нашел широкое применение в промышленности и в быту. В промышленности переменный ток используется для питания электромоторов, в основном. асинхронного типа, в быту — для питания электронагревательных приборов, освещения, холодильников, бытовых электромоторов и т. п.

Закон Ома для цепей переменного тока.

Величина переменного тока будет тем больше, чем больше напряжение и чем меньше полное сопротивление:

I = U / z.

Последовательный и параллельный резонансы

Резонанс - резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты вынуждающего воздействия к некоторой фиксированной частоте (к резонансной частоте).

Параллельный резонанс - резонанс в электрической цепи из катушки индуктивности и конденсатора, соединённых параллельно относительно источника переменного тока. При нём алгебраическая сумма реактивных проводимостей ветвей равна нулю и общий ток цепи совпадает по фазе с приложенным напряжением.

Использование: для улучшения коэффициента мощности электрических установок, в радиоприёмных устройствах.

Последовательный резонанс - резонанс в электрической цепи из соединённых последовательно катушки индуктивности и конденсатора. На резонансной частоте сопротивление такой цепи равно нулю, и ток в ней по фазе совпадает с приложенным напряжением.

Использование: для повышения напряжения в импульсных цепях.

Применение в технике и технологиях:

• Большинство музыкальных инструментов издают звуки определенных частот благодаря резонансу. А духовой инструмент - вообще резонанс столба воздуха.

• Все механические и электромеханические часы используют принцип стабильности колебания маятников в условии резонанса (вынужденные колебания равны собственным)