Ответы к электротехнике.

1. Электрическое поле и его основные характеристики.

Электрическое поле- это пространство в котором на электрически заряженные частицы и тела действует сила.

Электрическое поле может существовать в различных средах.

Электрические силы зависят от свойств данной среды.

Величина, учитывающая влияние среды на электрическую силу называется абсолютной диэлектрической проницаемостью.

2. Основная особенность проводников – наличие свободных зарядов (электронов), которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объему проводника. Типичные проводники – металлы.

В отсутствие внешнего поля в любом элементе объема проводника отрицательный свободный заряд компенсируется положительным зарядом ионной решетки. В проводнике, внесенном в электрическое поле, происходит перераспределение свободных зарядов, в результате чего на поверхности проводника возникают нескомпенсированные положительные и отрицательные заряды. Этот процесс называют электростатической индукцией, а появившиеся на поверхности проводника заряды – индукционными зарядами.

Однако между электри­зацией проводника и диэлектрика имеется существенная разница. Если в проводнике под влиянием сил электрического поля свободные электроны передвигаются по всему объему проводника, то в диэлектрике свободного перемещения электрических зарядов про­изойти не может. Но в пределах каждой молекулы диэлектрика воз­никает смещение положительного заряда вдоль направления элект­рического поля и отрицательного заряда в обратном направлении. В результате на поверхности диэлектрика возникнут электрические заряды.

Рассматриваемое    явление    называется    поляризацией диэлектрика.

3. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, применяемые в технике для устранения утечки электрических зарядов; иными словами, они должны разделять электрические цепи друг от друга или токоведущйе части устройства, приборов и аппаратов от проводящих, но- не токоведущих частей (от корпуса, от земли). 

4. Проводники, обладающие электрическим зарядом, являются источником электрического поля. При изменении заряда проводника совершается работа. Способность проводника накапливать электрический заряд. Зависит от формы и размеров его поверхности, расстояния между проводниками от свойств среды в котором проводники помещены.

Для выражения этой зависимости введено понятие электрической емкости.

Электрическая емкость проводника- это величина характеризующая способность проводника накапливать электрический заряд, численно равная отношению заряда проводника к его заряду.

,

Электрическая ёмкость между двумя проводниками- это величина равная отношению электрического заряда одного проводника к разности потенциалов между этими проводниками.

Элемент электрической цепи предназначен для использования ее электрической емкости называется электрическим конденсатором.

По форме проводников различают конденсаторы плоские и цилиндрические.

5. Основные параметры магнитного поля.

Магнитное поле - одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и ее скорости.

Магнитное поле изображается силовыми линиями, касательные к которым совпадают с ориентацией магнитных стрелок, внесенных в поле. За положительное направление магнитного поля условно принимают направление северного полюса магнитной стрелки.

Магнитная индукция B- векторная величина, характеризующая магнитное поле и определяющая силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля.

B=Mmax / IS

Абсолютная магнитная проницаемость среды μa - величина, являющаяся коэффициентом , отражающим магнитные свойства среды:

μa = μ0*μr

Магнитный поток Ф- поток магнитной индукции.

Магнитный поток Ф через площадку S в однородном магнитном поле равен произведению нормальной составляющей вектора индукции Bn на площадь S площадки:

Ф=Bn*S= BS cos β

Магнитное напряжение Uм на участке AB в однородном магнитном поле определяется как произведение проекции Ht вектора H на отрезок AB и длину этого отрезка l :

Uм=Ht*l

Магнитные свойства веществ. Классификация веществ к магнитным свойствам.

Магнитные материалы. Циклическое перемагничивание магнитных материалов.

Материалы, обладающие большой магнитной проницаемостью, называют ферромагнитными.

К ним относятся железо, никель, кобальт и их сплавы.

Если через катушку пропускать ток, меняющий свое направление, то сердечник будет перемагничиваться..

При увеличении тока в катушке магнитная индукция возрастает до индукции насыщения. При уменьшении тока магнитная индукция снижается но так, что при тех же значениях Н она оказывается больше значений магнитной индукции, соответствующих увеличению тока.

Элементы магнитной цепи. Закон Ома магнитной цепи.

Закон Ома:

Магнитное напряжение на данном участке цепи Uм =Hl.

Магнитный поток для участка цепи прямо пропорционален магнитному напряжению на этом участке.

Ф =Uм/Rм

Из выражения для Rм следует, что магнитное сопротивление ферромагнитных материалов мало.

Элементы магнитной цепи: НЭ1 , НЭ2.

Закон Ампера для магнитной цепи.

Направление силы определяется по правилу левой руки. Рассмотренное явление положено в основу работы электрических двигателей. Если токи проходят в одном направлении, то проводники притягиваются, если в разном - отталкиваются.

6. Явление направленного движения носителей заряда, сопровождаемое магнитным полем, называют полным электрическим током.

Полный электрический ток принято разделять на следующие основные виды: ток проводимости, ток переноса и ток смещения.

Электрическим током проводимости называют явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или вакууме.

Электрический ток, обусловленный направленным упорядоченным движением электронов, имеет место в проводниках первого рода (металлах), электронных и полупроводниковых приборах. В проводниках второго рода - электролитах (водные растворы солей, кислот и щелочей)- электрический ток обусловлен движением положительных и отрицательных ионов, упорядоченно перемещающихся под действием приложенного поля.

В большинстве случаев причиной упорядоченного движения электрических зарядов является электрическое поле. При отсутствии электрического поля свободные электрические заряды совершают тепловое беспорядочное движение, в результате чего количество электричества, проходящего через любое сечение проводника, в среднем равно нулю.

Для количественной оценки электрического тока служит величина, называемая силой тока.

Сила тока численно равна количеству электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени:

7. Электрической цепью называют совокупность устройств предназначенных для передачи, получения и использования электрической энергии.

Электрическая цепь состоит из отдельных устройств – элементов электрической цепи.

Элементы электрической цепи постоянного тока задаются только одним параметром – сопротивлением. Сопротивление определяет свойства элементов поглощать энергию из электрической цепи и преобразовывать ее в другие виды энергии.

Любая электрическая цепь характеризуется током, ЭДС, напряжением.

8. В зависимости от принципа действия имеются следующие наиболее употребительные системы приборов: магнитоэлектрическая; электромагнитная; электродинамическая; термоэлектрическая; индукционная; электростатическая; тепловая; электронная.

Электроизмерительными приборами – называются средства электрических измерений, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации, т.е. информации о значениях измеряемой величины в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, например, амперметр, ваттметр, вольтметр, фазометр .

По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы делятся на: вольтметры (для измерения напряжения и ЭДС); амперметры (для измерения силы тока); ваттметры (для измерения электрической мощности); счетчики (для измерения электрической энергии); омметры, мегомметры (для измерения электрического сопротивления); частотомеры (для измерения частоты переменного тока); фазометры (для измерения угла сдвига фаз).

По роду тока различают электроизмерительные приборы постоянного тока, переменного тока и комбинированные.

По способу установки различают щитовые при- боры, предназначенные для монтажа на приборных щитах и пультах управления, и переносные приборы.

9. Лабораторная работа

10. Первый закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма всех токов, сходящихся в любом узле электрической цепи, равна нулю.

Первый закон Кирхгофа является одним из непосредственных следствий закона сохранения энергии. Для цепи постоянного тока:

где I_k — комплексные действующие значения синусоидаль­ных токов:

— мгновенные значения токов.

Второй закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма электродвижущих сил какого-либо замкнутого контура электрической цепи равна алгебраической сумме падений напряжений в нем.

Для цепей постоянного тока:

Для цепей переменного тока:

11. Переменным называю ток, изменение которого по значению и направлению повторяется через равные промежутки времени.

В электрических цепях переменного тока наиболее часто используют синусоидальную форму, характеризующуюся тем, что все токи и напряжения являются синусоидальными функциями времени. В генераторах переменного тока получают ЭДС, изменяющуюся во времени по закону синуса, и тем самым обеспечивают наиболее выгодный эксплуатационный режим работы электрических установок. Кроме того, синусоидальная форма тока и напряжения позволяет производить точный расчет электрических цепей с использованием метода комплексных чисел и приближенный расчет на основе метода векторных диаграмм. При этом для расчета используются законы Ома и Кирхгофа.

Рис. 2   Графики синусоидальных тока и напряжения, сдвинутых по фазе Рис. 3   Графики синусоидальных тока и напряжения, совпадающих по фазе

Мгновенное значение синусоидальной величины, например тока, определяют по формуле

i = I_msin(ωt + ψ)

, где ωt + ψ — фаза-угол, определяющий значение синусоидальной величины в данный момент времени; ψ - начальная фаза, т. е. угол, определяющий значение величины в начальный момент времени.

12. Лабораторная работа. Тетрадь страница 24.

13. Ответ в 8 вопросе.

14. На электрических схемах трехфазный генератор принято изображать в виде трех обмоток, расположен­ных под углом 120° друг к другу. При соединении звездой концы этих обмоток объединяют в одну точку, которую называют нулевой точкой генератора и обозначают О. Начала обмоток обозначают буквами А, В, С.

Тетрадь страница 26.

Система ЭДС обмоток трехфазного генератора, работающего в энергосистеме, всегда симметрична: ЭДС поддерживаются строго постоянными по амплитуде и сдвинутыми по фазе на 120°.

Рассмотрим симметричную нагрузку

Z_А=Z_В=Z_С=Z,

К зажимам Л, В, С подходят провода линии электро-передачи — линейные провода.

Соединение нагрузки звездой. Полярная векторная диаграмма

Напряжений.

На построенной векторной диаграмме начала всех векторов совмещены в одной точке (полюсе), поэтому ее называют полярной. Основное достоинство полярной векторной диаграммы — ее наглядность.

При соединении звездой фазное напряжение равно

15. При соединении фазных обмоток источника трехфазного тока «треугольником»(рис. а) конец первой фазы АВ соединяется с началом второй фазы ВС, конец второй фазы соединяется с началом третьей фазы СА и конец третьей фазы — с началом первой АВ. Три линейных провода 1, 2 и 3, идущих к приемникам электрической энергии, присоединяются к началам А, В и С этих фаз. Точно так же могут соединяться и отдельные группы приемников Z_AB, Z_BC, Z_CA (фазы нагрузки). При этом каждая фаза нагрузки присоединяется к двум линейным проводам, идущим от источника, т. е. включается на линейное напряжение, которое одновременно будет и фазным напряжением. Таким образом, в схеме «треугольник» фазные напряжения Uф равны линейным Uл и не зависят от сопротивлений Z_AB, Z_BC, Z_CA фаз нагрузки.

16. Лабораторная работа.

17. Приборы электроизмерительные комбинированные предназначены для измерений мощности в трехфазных цепях переменного тока, контроля параметров. качества электроэнергии.

Применяются при регулировке, ремонте и эксплуатации

электро- и радиоаппаратуры в закрытых производственных и

других помещениях в условиях отсутствия прямого воздействия

солнечной радиации и атмосферных осадков, ветра, а также песка

и пыли наружного воздуха.

Опираться на ответ под номером 8.

18. Аппараты, работающие на переменном токе и предназначенные для преобразования электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения.

В сооттветствии с назначением трансформаторы различают:

1. Силовые.

Предназначены для питания электродвигателей и осветительной сети.

2. Специальные.

Предназначены для питания сварочных аппаратов, электропечей и т.д.

3. Измерительные.

Служат для подключения измерительных приборов.

По числу фаз трансформаторы делятся на:

1. Однофазные.

2. Трехфазные.

Трансформаторы, используемые в технике связи подразделяют на:

1. Низкочастотные.

2. Высокочастотные.