Раздел 1. Линейные и нелинейные электрические цепи постоянно го тока

Данный раздел состоит из подразделов: «Физические процессы в электрических цепях», «Расчет линейных электрических цепей постоянного тока», «Нелинейные электрические цепи постоянного тока» и предусматривает изучение основных характеристик электрического поля, виды электрического поля, а так же законы Ома и Кирхгофа в применении к расчетам цепей. Так же необходимо рассмотреть получение электрической энергии из других видов энергии и преобразование электрической энергии в другие виды, элементы и схемы электрических цепей, схемы замещения источников ЭДС и тока, приемников электрической энергии. Для полного и полноценного усвоения методик расчета электрических цепей постоянного тока необходимо научиться различать последовательное, параллельное соединение резисторов и закономерности при этих соединениях, уметь «сворачивать» схемы, содержащие соединение элементов в «звезду» и «треугольник», преобразовывать сложные схемы в простые. Необходимо изучить алгоритмы расчета цепей постоянного тока методом наложения токов, методом контурных токов, методом узлового напряжения, методом законов Кирхгофа и методом эквивалентного генератора, а также уметь анализировать режимы цепи при изменении какого-либо ее параметра. При изучении нелинейных цепей необходимо научиться приводить нелинейные цепи к линейным, графически рассчитывать нелинейные цепи и применять графоаналитический расчет нелинейных цепей с учетом схемы соединения элементов.

Литература

[2] Гл.1 § 1.1-1.14

Гл.2 § 2.1-2.14

Гл.3 §3.1-3.6

Вопросы для самопроверки:

1. Что такое электрическое поле? Укажите его основные свойства и опишите характеристики?

2. Что такое электрический ток проводимости?

3. Что такое плотность электрического тока?

4. Что такое удельная проводимость, удельное сопротивление?

5. В чем состоит закон Ома?

6. Сопротивление провода R=14,5 Ом при t=20ºC, его длина l=100 м и поперечное сечение S=0,2 мм². Определить материал, из которого изготовлен провод.

7. Сопротивление медного провода при t₁=20ºC равно R₁=100 Ом. Определить его сопротивление R₂ при температуре t₂=40ºC

8. Определить КПД и напряжение на зажимах аккумуляторной батареи, если внутреннее сопротивление батареи r=0,2 Ом, внешнее сопротивление R=1 Ом, величина тока в цепи I=20 А.

9. Что такое электрическая цепь? Назовите ее элементы.

10. Что такое электродвижущая сила (ЭДС)?

11. Определить плотность тока в проводах сечением S=10 мм², соединяющих приемник с генератором, суточная выработка энергии которого составляет 120кВт·ч при ЭДС Е=100В.

12. В чем состоит цель расчета электрической цепи и как она достигается?

13. Какой режим электрической цепи называется номинальным, рабочим, холостого хода, короткого замыкания? Назовите их особенности и признаки.

14. При каком соотношении между сопротивлениями R и r мощность приемника получается наибольшей?

15. Что такое схема замещения электрической цепи?

16. В чем отличие источника ЭДС от источника тока?

17. Как составляется баланс мощностей в электрической цепи?

18. Какие эквивалентные схемы замещения источника электроэнергии применяют для расчета электрических цепей?

19. Какие элементы электрической цепи называют пассивными, а какие – активными?

20. Что такое ветвь, узел, контур?

21. В чем состоит первый закон Кирхгофа?

22. В чем состоит второй закон Кирхгофа?

23. Что такое потенциальная диаграмма и как ее строить?

24. Где практически применяется последовательное соединение?

25. Две лампы с номинальными данными 220В, 200Вт и 220В, 25Вт включены последовательно в цепь напряжением 220В. Какая из ламп горит ярче?

26. От чего зависит потеря напряжения в проводах?

27. Какое соединение участков электрической цепи называется параллельным?

28. Перечислите все особенности параллельного соединения сопротивлений в сравнении с последовательным.

29. Две секции пускового реостата сопротивлением R₁=4 Ом и R₂=10 Ом соединены параллельно. Известен общий ток реостата I=210 А. Определить ток I₁ в первой секции.

30. Что называется треугольником сопротивлений и звездой сопротивлений?

31. Каковы особенности метода контурных токов и каковы его преимущества?

32. В каком случае ток в ветви равен контурному?

33. Когда к расчету электрической цепи можно применять метод узлового напряжения и в чем он заключается?

34. Как учитывается в формуле узлового напряжения направления ЭДС?

35. Как находится ток в ветви при расчете цепи методом узлового напряжения?

36. К двум узлам электрической цепи присоединено три ветви. В средней ветви последовательно соединены источник ЭДС Е=60В с внутренним сопротивлением r=0,1 ОМ и два сопротивления R₁=0,4 Ом, R₆=0,5 Ом. Одна крайняя ветвь имеет три последовательных сопротивления R₃=2 Ом, R₄=10 Ом, R₅=5 Ом. Другая крайняя ветвь состоит из одного сопротивления R₂=5 Ом. Составить схему. Определить все токи, а так же напряжение между узлами.

37. Как применяется принцип наложения токов для расчета электрической цепи?

38. Как при расчете методом наложения учитываются внутренние сопротивления источников?

39. Для каких случаев расчета электрических цепей применяется метод эквивалентного генератора?

40. Известны напряжение холостого хода U_хх и ток короткого замыкания I_кз для ветви с переменным сопротивлением R. Как рассчитать ток в этой ветви при любом заданном сопротивлении R?

41. Ток I=4А распределяется по трем параллельно соединенным сопротивлениям R₁=24 Ом, R₂=8 Ом, R₃=12 Ом. Вычислить напряжение на зажимах цепи и токи в ветвях.

42. Какие электрические цепи постоянного тока называются нелинейными и каковы особенности расчета электрических цепей с нелинейными сопротивлениями?

43. В чем особенность построения схем замещения нелинейных элементов с вогнутой и выгнутой вольт-амперной характеристикой (ВАХ)?

44. Как производится расчет нелинейной электрической цепи?

Лабораторная работа №1

Вводная работа предусматривает изучение техники безопасности при выполнении лабораторных работ; изучение оборудования лабораторных работ; правила оформления отчетов по лабораторным работам, сборка простейших электрических схем.

Лабораторная работа № 2

Проверка принципа наложения тока в линейных электрических цепях.

Расчет цепи методом наложения токов.

Сборка электрических схем.

Сравнение опытных и расчетных значений токов, оценка их погрешности.