Міністерство освіти і науки України

Вище професійне училище №29

Теми для самостійного опрацювання

з предмету: Електротехніка

Виконав:

Учень групи №400

Голуб Ростислав

Нагрівання провідників електричним струмом.

Провідник — матеріал, що проводить тепло або електрику (на противагу діелектрику). Для провідника характерні високі тепло - або електропровідність. Найчастіше провідник є речовиною, яка має багато вільних електронів (метали). Діелектрики, типу скла чи кераміки, мають мало вільних електронів. Вуглець — єдиний неметал, що є (у деяких формах) провідником тепла й електрики. Речовини типу кремнію і германію, електропровідність яких має проміжне значення у порівнянні з провідниками й діелектриками називаються напівпровідниками. Їх електропровідність може змінюватися у широкому діапазоні під впливом тепла, світла і напруги.

Метали – найкращі провідники електричного струму. Під час проходження електричного струму через металеві провідники їхня маса і хімічний склад не змінюються – атоми металу не переносять електричний струм. У металах це роблять вільні електрони. Валентні зони металів заповнені тільки частково. У них багато незаповнених електронних станів, що дозволяє електронам рухатися в кристалічній ґратці. При дії на провідники зовнішнього електричного поля частина металу, що розміщена ближче до позитивного заряду, який створює електричне поле, набуває негативного заряду, протилежна частина заряджена позитивно. Такий ефект пояснюється електростатичною індукцією.

Питомий опір металів лінійно залежить від температури. Це пояснюється тим, що при збільшенні температури збільшується коливання атомів відносно рівноважних положень. Зміщення їх рівноважних положень погіршує перекривання їхніх електронних оболонок і утруднює проходження електронів від атома до атома. Неперекривання збільшується при збільшенні температури.

В електростатиці важливе значення відіграє абстракція ідеального провідника. Ідеальний провідник має нескінченно велику електропровідність, і завдяки цій якості характеризується певними особливостями.

Електричне поле не може існувати в ідеальному провіднику, оскільки воно б викликало переміщення зарядів, які компенсували б поле.

Електричні заряди не можуть існувати всередині ідеальних провідників і зосереджуються на їхній поверхні.

Електричне поле завжди перпендикулярне поверхні ідеального провідника.

Якщо провідник внести в електричне поле, вільні електрони в провіднику під дією сил цього поля зміщатимуться в напрямі, протилежному напруженості поля. Внаслідок цього зміщення на одній частині провідника виникає надлишок негативного заряду, на другій частині - надлишок позитивного заряду. В цьому полягає явище електростатичної індукції (або електризації через вплив). Упорядковане переміщення електронів повністю припиняється, коли напруженості зовнішнього і внутрішнього полів виявляються однаковими за значенням. Електричного поля немає всередині як зарядженого, так і незарядженого провідника. Заряди розміщуються на зовнішній поверхні провідника. Найбільша кількість зарядів знаходиться на випуклостях і особливо на вістрях провідника.

Проте є метали, у яких питомий опір падає до нуля при температурі, вищій від абсолютного нуля. Таке явище називається надпровідністю. Під час створення електричного струму в надпровідниках сила струму залишається незмінною необмежено довго, оскільки немає втрат на нагрівання провідника. Надпровідність пояснюється обміном квантами енергії між електронами провідності у атомах металів при низьких температурах, внаслідок чого між електронами виникають сили притягання, які перевищують кулонівські сили відштовхування. Це зумовлюється переходом кінетичної енергії електрона при надпровідності у потенційну, яка виступає у ролі імпульса, що зумовлює обмін між електронами з протилежним імпульсом частинками фононами (квант енергії звукової частоти). Причиною цього є взаємодія вільного електрона зі зв’язаним шляхом взаємодії з кристалічною решіткою та надання їй протилежного відносно вільного електрона імпульсу. При цьому утворюються пари електронів, які переміщуються в кристалічній решітці без опору (ефект надплинності Бозе-Ейнштейнівського конденсату).

З’єднання провідників.

Послідовне і паралельне з'єднання в електротехніці - два основних способи з'єднання елементів електричного кола. При послідовному з'єднанні всі елементи пов'язані один з одним так, що ділянка кола не має жодного вузла. При паралельному з'єднанні всі вхідні в коло елементи об'єднані двома вузлами і не мають зв'язків з іншими вузлами. При послідовному з'єднанні провідників сила струму у всіх провідниках однакова.

При послідовному з'єднанні провідників сила струму в будь-яких частинах кола одна й та ж:

Повна напруга в колі при послідовному з'єднанні, або напруга на полюсах джерела струму, дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола:

Загальний опір усієї ланки кола дорівнює сумі опорів

.

При паралельному з'єднанні падіння напруги між двома вузлами, що поєднують елементи кола, однакове для всіх елементів. При цьому величина, зворотня загальному опору кола, дорівнює сумі величин, обернених опорам паралельно включених провідників.ппп

Сила струму в нерозгалуженій частині кола дорівнює сумі сил струмів в окремих паралельно з'єднаних провідниках:

Напруга на ділянках кола і на кінцях всіх паралельно з'єднаних провідників одна й та ж:

Опір ділянки визначається із рівняння і є сумою провідностей

Змішане з’єднання резисторних елементів.

Резистор - це компонент радіоелектронного пристрою, призначений для перерозподілу і регулювання енергії між елементами схеми.

Резистори використовують для формування заданих величин струмів і напруг в електричному ланцюзі радіоелектронних пристроїв, створення необхідних електричних режимів активних компонентів, узгодження електричних ланцюгів, поглинання електричної потужності, для застосування в частотозадающих ланцюгах генераторів та фільтрів і т.д.

В даний час нарівні з дискретними резисторами отримують все більше поширення набори резисторів. Конструктивно набори, як правило, оформляються у корпусах мікросхем.

Резистори ділять на дві великі групи: постійні і змінні резистори. За призначенням постійні резистори підрозділяють на резистори загального застосування, прецизійні, високочастотні, високовольтні, високомегаомние, а змінні резистори - на подстроєчниє (їх опір змінюють при технологічних регулюваннях) і регулювальні, опір яких змінюють під час функціонування апаратури.

За принципом створення резистивного елемента розрізняють дротові, недротяні і металофольгові резистори. Основне застосування знаходять недротяні резистори - тонкоплівкові (металокерамічні, металлоокісние, металізовані, вуглецеві, бороуглеродістие), товстоплівкові (лакопленочние, керметние, на провідній пластмасі) та об'ємні (з додаванням органічних і неорганічних діелектриків).