Экзамен по электротехнике

1. Электрические свойства тел объясняются присутствием в них заряженных частиц (электроны, протоны) е = -1,6*10^-19 Кл и р = +1,6*10^-19 Кл. В состав вещества входят те и другие заряды (е, р) и при потери, или приобретении их атомами вещества получаем положительные и отрицательные ионы. При одноименных зарядах тел они отталкиваются, а при разноименных зарядах – притягиваются. Взаимодействие их осуществляется через некоторую материальную среду, которая назыв. электрическим полем. Электрическое поле – это особый вид материи, через которую осуществляется процесс силового взаимодействия электрических тел. Оно неподвижно в пространстве, не изменяется во времени и существует в любой среде. Величина учитывающая влияние среды на электр. силы назыв. диэлектрической проницаемостью. Ее различают ε_а – абсолютная диэлектрическая проницаемость, ε_о – относительная диэлектрическая проницаемость. ε_о=8,86*10^-12Ф/М, причем ε_а= ε_о* ε. Ε = – относительная диэлектрическая проницаемость показывающая во сколько раз сила взаимодействия в среде больше чем в вакууме. Силу взаимодействия электрических зарядов можно определить по закону Кулона F = Q₁ и Q₂ – заряды, измеряются в (Кл). Расстояние между зарядами измеряется в (м), ну а сила в (Н). 1Кл = 6,3*10¹⁸

2. Характеристики электрического поля Напряжение (Е) характеризует интенсивность его в данной точке и рассчитывается как Е= Напряженность в данной точке численно равно силе с которой действует поле по единичным положительный заряд в данной точке. Она величина векторная и ее размерность (Е=В/М). Как уже электрическое поле является силовым или векторным, поэтому основной геометрической характеристикой являются линии напряженности. Каждая линия проводится так, чтобы направление вектора напряженности электрического поля в любой точке её совпадало с направлением касательной. Если заряд неподвижен, линии не замкнуты около него эти линии…. Основной характеристикой поля с точки зрения энергетики явл. потенциал . Если в электрическом поле заряженного тела Q поместить положительный пробный заряд q в точку а, то на него будет действовать выталкивающая сила F = , при этом силами поля производится работа по удалению этого заряда за счёт энергии совместного поля. A=F*R_a Работа определяется A= . Работа измеряется в (Дж). Отношение энергии к величине заряда назыв. потенциалом данной точки заряда и не зависит от величины заряда q. (Дж/Кл = В) В – вольт [ ] = В/М*м=В При перемещении силами поля заряда q из точки C в точку N не зависимо от пути следования совершается работа равная уменьшению запаса энергии совместного поля. A= W_c – W_n ; W_c = ;W – энергия ;W_n = ; A = ( )*q; ;[U] =В. 3. Проводники- это вещества характеризующиеся наличием в них большого кол-ва свободных носителей зарядов способных перемещаться под действием электрического поля.

К проводникам относят металлы , электролиты, уголь.

В металлах носителями свободных зарядов явл. Электроны внешних оболочек атомов, которые при взаимодействии атомов полностью утрачивают связи со своими атомами и становятся собственностью всего проводника в целом.

Диэлектрики – в них практически отсутствуют свободные носители зарядов. Все носители зарядов диэлектриков входят в состав их молекул, связаны между собой и под действием внешнего поля могут смещаться лишь на очень маленькие расстояния: в пределах молекулы или атома.

Полупроводники - это тела, способные проводить электрический ток, у которых значениям электропроводности промежуточные между электропроводностью металлов и диэлектриков.

Смещение зарядов или ориентация диполей под действием электрического поля называется поляризацией диэлектрика. Результатом поляризации явл. Образование в нем собственного электрического поля, направленного встречно внешнему.

При испытании диэлектриков , повышенная напряженность электрического поля, достигает таких значений, при которых наступает пробой диэлектрика (разрушение его действием сильного электрического поля). Напряженность поля, при котором наступает пробой диэлектрика, наз пробивной напряженностью Епр или электрической прочностью диэлектрика, а напряжение при пробое – пробивным напряжением Uпр. 4. Электрические конденсаторы предназначены для создания электрического поля и хранения его энергии. Электрический конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем диэлектрика. Промышленностью выпускаются бумажные , электролитные, керамические и другие конденсаторы. Бумажный конденсатор - проводниками в нем явл. Две длинные ленты алюминиевой фольги, а диэлектриком – ленты парафинированной бумаги. В электролитическом конденсаторе роль диэлектрика выполняет тонкий слой окиси на поверхности обкладки из алюминиевой фольги.

Чем больше напряжение , тем больше заряд конденсатора, поэтому «вместимость» конденсатора оценивается не зарядом , а отношением q/U, которое называется емкостью конденсатора: C=q/U.

Изменение напряжения влечет за собой прямо пропорциональное изменение заряда конденсатора, поэтому емкость конденсатора от напряжения не зависит. Емкость конденсатора численно равна заряду при напряжении один вольт.

во многих случаях для получения нужной емкости конденсаторы приходится соединять в группу, которая наз. Батареей. Различают параллельное и последовательное соединение конденсаторов.

Емкость батареи параллельно соединенных конденсатором равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. Cб = С1 + С2 + С3 .

При последовательном соединении конденсаторов заряд батареи и каждого конденсатора в отдельности один и тот же. Напряжение батареи последовательно соединенных конденсаторов равно сумме напряжений отдельных конденсаторов. U = U1 + U2. 5. Электрическая цепь – это совокупность устройств и соединяющих их проводников , образующих путь для электрического тока. В электрической цепи имеется множество свободных носителей зарядов например электронов у металлов. Источник питания создает электрическое поле которое вовлекает эти заряды в движение.

Заряды в электрической цепи, подобно воде в гидравлической цепи, начинают двигаться сразу во всех элементах, так как электрическое поле, вовлекающие их в движение существует на всех участках. Из этого следует , что в электрическсой цепи процессы производства, передачи, распределения и преобразования электрической энергии происходят одновременно.

Вдоль электрической цепи заряды нигде не ответвляются, из цепи не уходят и проходят одновременно по всем участкам, поэтому на всех участках неразвлетвленной электрической цепи значение тока одинаково. 6. электрический ток – это направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц: электронов , ионов и др. Условно за положительное направление тока принемают напрвление движения положительных зарядов. Различают электрический ток проводимости в проводника и электрический ток поляризации (смещения) в диэлектриках.

ЭДС - фактически есть напряжение, которое выдаёт источник ПРИ ОТСУТСТВИИ НАГРУЗКИ (ток в цепи элемента равен нулю). выделим три варианта ЭДС: -постоянного така (батарея или стабилизатор напряжения) - легко измерить ЭДС при помощи китайского цифрового тестера! -переменного тока (электророзетка, вторичная обмотка сварочного или иного трансформатора...даже радиорозетка = но там напряжение бывает разной величины)- мерять немного труднее.= ЭДС индукции появляется во ВСЕХ ОБМОТКАХ ТРАНСФОРМАТОРА при изменении тока в первичной обмотке! -также ЭДС индуцированного в обмотках АВТОгенератора или генератора электростанции- чем больше магнитный поток (то есть индукция * площадь), и чем быстрее он изменяется - тем больше наводимая ЭДС НА КАЖДЫЙ ВИТОК ОБМОТКИ!! -ЭДС самоиндукции - наводится в катушке индуктивности при ИЗМЕНЕНИИ В НЕЙ ЖЕ ТОКА (катушка зажигания - ярчайший пример - разрыв тока приводит к всплеску напряжения выше 100 вольт (а на вторичке катушки зажигания - выше 10 кВ! 7. Электрическое сопротивление проводника численно равно падению напряжения на нем, созданному током 1А и оказывающему противодействие этому току Для металлов зависимость сопротивления от температуры выражается формулой R2=R1[1+a(t2-t2)] R1,R2 - сопротивления провода при начальной t1 и конечной t2 темпе. a-температурный коэффициент сопротивления Величина, обратная сопротивлению наз-ся электрической проводимостью Увеличив длину проводника, увеличиться его сопротивление 8.1) Параллельное соединение, 3 конденсатора соединяются параллельно. При таком соединении напряжение на каждом конденсаторе одинаково т.к. потенциалы пластин равны потенциалам полюсов источника.

Q = Q 1 + Q2 + Q 3

Q = cU, U=const;

cU= c1U + c2U + c3U

C = C1 + C2 + C3 общая емкость при параллельном соединении.

2) U = U1 + U2 + U3 , U = Q/C

Q/C = Q1/C1 + Q2/C2 + Q3/C3 , Q=const

1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 ЕМКОСТЬ БАТАРЕИ ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ.

3) Смешанное соединение.

Расчет производится при использовании параллельного и последовательного соединения.

C2-3 = C2 + C3;

1/C = 1/C1 + 1/C2-3.

9.ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ: величина (сила) тока, текущего по однородному (в смысле отсутствия сторонних сил) металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения U на проводнике , где R - сопротивление проводника.

РЕЗИСТОРОМ называется устройство, обладающее заданным постоянным сопротивлением.

НАПРЯЖЕНИЕ НА РЕЗИСТОРЕ .

ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ

, где j1 и j2 - потенциалы концов участка Е12 - э.д.с., действующая на данном участке цепи.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЗАМКНУТОЙ ЦЕПИ , где Е - суммарная э.д.с., действующая в цепи, R - суммарное сопротивление всей цепи.

РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПЬЮ называется электрическая цепь, имеющая узлы.

УЗЛОМ называется точка, в которой сходится более чем два проводника. Ток, текущий к узлу, принято считать положительным, а ток, текущий от узла, считается отрицательным.

ПЕРВОЕ ПРАВИЛО КИРХГОФА: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю = 0.

ВТОРОЕ ПРАВИЛО КИРХГОФА: в каждом из замкнутых контуров, которые можно мысленно выделить в данной разветвленной цепи, алгебраическая сумма падений напряжения равна алгебраической сумме э.д.с.

При анализе разветвленной цепи следует обозначать с одним индексом ток, протекающий по всем последовательно соединенным элементам от одного узла до другого. Направление каждого тока выбирается произвольно.

При составлении уравнений второго правила Кирхгофа токам и э.д.с. нужно приписывать знаки в соответствии с выбранным (как вам удобно) направлением обхода:

· ток принято считать положительным, если он совпадает с направлением обхода, и отрицательным, если он направлен против этого направления;

· э.д.с. считается положительной, если ее действие (создаваемый ею ток) совпадает с направлением обхода.

Количество уравнений первого правила Кирхгофа должно быть на одно меньше количества узлов в данной цепи. Количество независимых уравнений второго правила Кирхгофа должно быть таким, чтобы общее количество уравнений оказалось равным количеству различных токов. Каждый новый контур при этом должен содержать хотя бы один участок цепи, не вошедший в уже рассмотренные контуры.

10. Электрический ток- направленное движение заряженных частиц: электронов, ионов и др. Различают электрический ток проводимости в проводниках и электрический ток поляризации в диэлектриках.

Интенсивность преобразования энергии в электрической цепи оценивается мощностью.

Мощность источника- это скорость преобразования в электрическую энергию других видов энергии в источнике. Мощность приемника- это скорость преобразования электрической энергии в приемнике в другие виды энергии. В любой электрической цепи должен соблюдаться энергетический баланс - баланс мощностей: алгебраическая сумма мощностей всех источников равна арифметической сумме мощностей всех приемников энергии.

11. Чем выше температура тела, тем быстрее движение молекул вещества этого тела.

При прохождении электрического тока по проводнику электроны сталкиваются с двигающимися молекулами проводника и усиливают их движение, что приводит к нагреву проводника.

Закон Джоуля-Ленца- мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля