Достоинства электрической энергии.

1. Универсальность преобразования в любой вид энергии и наоборот.

2. Передача на огромные расстояния с малыми потерями и исключительно быстро.

3. Простота дробления.

4. Простота управления.

5. Постоянная готовность к работе.

6. Отсутствие загрязнения среды.

Электрическая энергия широко используется во всех трех сферах деятельности человека:

• переработка энергии – генераторы, двигатели, энергосистемы, преобразование и передача первичной энергии, запасенной в природе, потребителю;

• переработка информации – радиотехника, электроника, измерительная техника, системы автоматического контроля, компьютерная и телекоммуникационная техника и технологии;

• переработка материалов – электрофизические методы обработки материалов.

С конца XIX века и по настоящее время человечество переживает процесс сплошной электрификации всех отраслей материального производства, быта, транспорта и т.п.

В промышленно развитых странах каждые 10 лет потребление энергии удваивается. В слаборазвитых странах удвоение происходит каждые 4 года. Для сравнения: потребление всех видов энергии в мире удваивается каждые 15 лет).

К 2000 году доля потребления электрической энергии в мире составила 40% от общего потребления энергии (15% в 1975г.).

Курс ТОЭ является фундаментальным для подготовки инженеров-электриков.

Основная задача изучения курса ТОЭ – изучение одной из форм материи, электромагнитного поля и его использования в различных устройствах техники, изучение методов анализа, синтеза и расчета электрических и магнитных полей для понимания и успешного решения проблем электроэнергетики.

Литература

1. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники т. 1-Л.: Энергоиздат, 1981. -536 с.

2. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники т. 2-Л.: Энергоиздат, 1981. -416 с.

3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. -8-е изд- М.: Высш. Школа, 1984. -559 с.

5. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. -8-е изд- М.: Высш. Школа, 1986. –263 с.

6. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи. - М.: Высш. Школа, 1981. -333 с.

7. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Нелинейные цепи. - М.: Высш. Школа, 1986. –352 с.

8. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники. Под ред. П.А. Конкина. - М.: Энергоиздат, 1982. -760 с.

9. Сборник задач по теоретическим основам электротехники Под ред. Бессонова Л.А. -2-е изд. - М.: Высш. Школа, 1980. -472 с.

10. Сборник задач по теории электрических цепей. Под редакцией П.Н. Матханова и Л.В. Данилова. -М.: Высш.школа, 1980. -224с

11. Понятия и термины, КПИ, 1988.

12. Задачи по 1 части, КПИ, 1984. Задачи по 2 части, КПИ, 1984.

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

1. Основные понятия

1.1. Основные электрические величины

Электромагнитные процессы в электрических цепях характеризуются следующими основными электрическими величинами:

• электородвижущая сила (э.д.с.), e(t), E

• электрический потенциал, (t)

• электрическое напряжение, u(t), U

• электрический ток, i(t), I

• электрический заряд, q(t), Q

а также энергетическими величинами:

• электрическая энергия, W

• электрическая мощность, p(t), P

Потенциал  некоторой точки электрической цепи – величина, равная потенциальной энергии W, которой обладает единичный положительный заряд, находящийся в данной точке.

[Дж]/[Кл]=[В].

Если соединить данную точку электрической цепи с точкой с нулевым потенциалом (заземленной точкой), то энергия по перемещению заряда из данной точки в нулевую равна W (независимо от пути !).

Разность потенциалов двух точек электрической цепи (₁–₂) равна работе по перемещению единичного положительного заряда из одной данной точки в другую

.

В источнике за счет внешних сил неэлектрического происхождения (сторонних сил), действующих навстречу электростатическим силам взаимодействия заряженных частиц внутри источника, происходит разделение зарядов, создается и поддерживается разность потенциалов на зажимах источника – электродвижущая сила (э.д.с.).

Э.д.с. e(t), E – энергия, которую приобретает единичный положительный заряд, перемещаясь под действием сторонних сил внутри источника (работа A, совершаемая сторонними силами при переносе единичного положительного заряда между зажимами источника). Э.д.с. равна разности потенциалов на зажимах источника.

.

Под действием э.д.с. источника (разности потенциалов на зажимах источника, электрического поля источника) в электрической цепи, составленной из проводников, начнется направленное, упорядоченное движения электрических зарядов –потечет электрический ток.

Электрический ток –направленное, упорядоченное перемещение электрических зарядов в электрической цепи.

Мгновенное значение тока – величина переменного тока в каждый момент времени:

.

Постоянный ток:

[Кл]/[с]=[А].

Под направлением тока понимают направление перемещения положительных зарядов.

Величина тока (сила тока) определяется количеством электричества (зарядом Q), перемещающимся через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Плотность тока, δ – сила тока через единицу площади поперечного сечения проводника.

Для равномерно распределенного тока по сечению:

[А/м²].

Напряжение (падение напряжения на участке цепи, разность потенциалов на зажимах приемника) u(t), U –работа, совершаемая силами электрического поля источника по перемещению единичного положительного заряда по этому участку цепи. Единица измерения – вольт [B]

.

Понятие напряжения имеет смысл для двух точек электрической цепи.

Диапазоны напряжений:

• аккумуляторные батареи 1 – 12 В;

• коммунальная сеть 127 – 380 В;

• кабельные сети 6 – 11 кВ;

• воздушные линии 110 – 1000 кВ;

• молния 100 000 кВ.

Диапазоны токов:

• электроника – мкА, мА;

• лампы накаливания до 1 А;

• нагревательные приборы до 10 А;

• электродвигатели – десятки, сотни А, кА.

Электрическое сопротивление – препятствие упорядоченному движению электрических зарядов. Единица измерения – Ом [Ом]

Природа сопротивления и энергетические процессы в нем могут быть различны. Наличие сопротивления связано с расходом энергии источником и преобразовании на элементе, обладающем сопротивлением, электромагнитной энергии источника в другие виды энергии.

Величина, обратная сопротивлению R – проводимость G. Единица измерения – сименс [См]

G

Энергия, израсходованная в цепи к моменту времени t при прохождении тока i(t) под действием напряжения u(t):

[Дж],

где p(t) – мгновенная мощность – интенсивность энергетического процесса в каждый момент времени;

p(t)=u(t)i(t).

Для постоянного тока:

P=UI [Вт].