Законы электротехники

Содержание:

1. Закон ома
2. Закон джоуля-ленца
3. Закон ленца
4. Закон электромагнитной индукции
5. Законы фарадея
6. Правило буравчика
7. Правило левой руки
8. Правило правой руки

При расчете электрических цепей используются два закона Кирхгофа. Рассмотрим их в применении к цени с сосредоточенными параметрами.

Первый закон Кирхгофа, или закон Кирхгофа для узлов, применительно к узлам электрической цепи вытекает из принципа непрерывности электрического тока. Охватим узел цепи замкнутой поверхностью s (рис. 3.24). В соответствии с принятыми допущениями вся электрическая емкость в цепи с сосредоточенными параметрами предполагается сосредоточенной в конденсаторах, включенных в цепь. Это соответствует пренебрежению токами электрического

смещения, отходящими от соединительных проводов к другим участкам цепи. Таким образом, сквозь замкнутую поверхность s проходят только токи проводимости в проводниках, пересекающих эту поверхность. Согласно принципу непрерывности тока, в данном случае получаем

При любом числе ветвей, присоединенных к узлу цепи, имеем

т. е. сумма токов, расходящихся от узла электрической цепи, равна пулю, что и является формулировкой первого закона Кирхгофа.

Основы электротехники: формулы и лекции и примеры заданий с решением

При составлении уравнений согласно первому закону Кирхгофа необходимо задаться условно-положительными направлениями токов во всех ветвях, обозначив их на схеме стрелками. В левой части уравнения следует ставить знак

«плюс» перед буквенными обозначениями токов, положительное направление которых принято от узла, и знак «минус» перед буквенными обозначениями токов, положительное направление которых принято к узлу. Для случая на рис. 3.24 перед всеми токами в уравнении следует поставить знак «плюс», как это написано выше. В случае же, представленном на рис. 3.25, следует писать

Если в результате расчета будет получено для некоторого тока в некоторый момент времени положительное число (> 0), то это значит, что ток имеет в данный момент времени действительное направление согласно стрелке. Если же будет получено < 0. то этот ток в действительности направлен против стрелки.

• Теоретические основы электротехники

Второй закон Кирхгофа, или закон Кирхгофа для контуров, применяется к контурам электрической цепи. Он вытекает из полученного в § 1.12 соотношения

Величина равна сумме ЭД С источников сторонних ЭД С, действующих в контуре. Величина включает в себя все индуцированные в контуре ЭДС — как ЭДС генераторов, действующих на принципе электромагнитной индукции, так и ЭДС самоиндукции и взаимной индукции, индуцируемых в катушках, включенных в контур. Например, для катушки Если условиться справа в величину включать только сумму ЭДС генераторов, рассматриваемых как источники энергии, то ЭДС самоиндукции и взаимной индукции, индуцируемые в катушках, должны быть перенесены в левую часть уравнения и учтены в величине как падения напряжения на зажимах катушек. Например, для катушки слева появится член Слева в величину входят также падения напряжения на сопротивлениях, входящих в контур, и падения напряжения на содержащихся в контуре конденсаторах. Обозначив сумму ЭДС источников энергии, действующих во всех ветвях контура, в виде

будем иметь

Итак, второй закон Кирхгофа гласит: сумма падений напряжения во всех ветвях любого замкнутого контура электрической цепи равна сумме ЭДС источников энергии, действующих в этом контуре.

Если в k-й ветви содержатся в общем случае участок с активным сопротивлением , катушка с индуктивностью и конденсатор с емкостью (рис. 3.26, а), то падение напряжения вдоль всей этой ветви будет складываться из падений напряжений и на этих элементах, т. е. . Согласно полученным в § 3.6 выражениям, для этих падений напряжений можем написать

Для составления уравнений согласно второму закону Кирхгофа должны быть заданы положительные направления токов источников энергии во всех ветвях. Положительные направления падений напряжений считаем совпадающими с положительными направлениями токов . Выбрав затем некоторое направление обхода контура, мы

должны при составлении суммы падений напряжений и суммы ЭДС ставить перед буквенными обозначениями величин знак «плюс», если положительное направление этих величин совпадает с направлением обхода контура, и знак «минус» — в противоположном случае.

В электрических цепях с сосредоточенными параметрами второй закон Кирхгофа может быть записан и для контура, который проходит от одного узла к другому по окружающему участки электрической цепи пространству. Вследствие научных абстракций, принятых при построении теории электрических цепей с сосредоточенными параметрами, мы должны принять во внимание, что в этом окружающем пространстве отсутствуют магнитные и сторонние поля и, следовательно, равны нулю ЭДС При таком выборе контура обхода мы должны писать

где — напряжение между узлами

Заметим, что интеграл имеет смысл, если полагать, что и в цепях с сосредоточенными параметрами во внешнем пространстве существует электрическое поле. Однако токи смещения и энергия такого поля предполагаются пренебрежимо малыми.

Наличие источников энергии в ветви k (рис. 3.26, б) никак не отражается на графе этой ветви (рис. 3.26, в). Обозначим токи и напряжения в графе ветви . Ток и напряжение относятся к некоторой обобщенной ветви, содержащей источник тока и источник ЭДС (рис. 3.26, б). Согласно первому закону Кирхгофа применительно к узлу на рис. 3.26, б, имеем

Согласно второму закону Кирхгофа для контура, проходящего по проводникам ветви k от узла и по внешнему пространству — от узла , имеем

Последние выражения связывают токи и напряжения в обобщенных ветвях графа, изображаемых в графе схемы отрезками, с токами и напряжениями ветвей и источниками тока и ЭДС, когда таковые содержатся в исходной схеме.

При записи уравнений согласно законам Кирхгофа для графа схемы будем иметь в виду, что в эти уравнения войдут токи и напряжения обобщенных ветвей схемы цепи. Следовательно, для графа схемы можно написать

Закон ома

ЗАКОН ОМА (по имени немецкого физика Г. Ома (1787-1854)) - единица электрического сопротивления. Обозначение Ом. Ом - сопротивление проводника; между концами которого при силе тока 1 А возникает напряжение 1 В. Определяющее уравнение для электрического сопротивления

Закон Ома является основным законом электротехники, без которого нельзя обойтись при расчете электрических цепей. Взаимосвязь между падением напряжения на проводнике, его сопротивлением и силой тока легко запоминается в виде треугольника, в вершинах которого расположены символы U, I, R.

Закон джоуля-ленца

ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА (по имени английского физика Дж.П.Джоуля и русского физика Э Х.Ленца) - закон, характеризующий тепловое действие электрического тока.

Согласно закону, количество теплоты Q (в джоулях), выделяющейся в проводнике при прохождении по нему постоянного электрического тока, зависит от силы тока I (в амперах), сопротивления проводника R (в омах) и времени его прохождения t (в секундах):

Преобразование электрической энергии в тепловую широко используется в электрических печах и различных электронагревательных приборах. Тот же эффект в электрических машинах и аппаратах приводит к непроизвольным затратам энергии (потере энергии и снижении КПД). Тепло, вызывая нагрев этих устройств, ограничивает их нагрузку. При перегрузке повышение температуры может вызвать повреждение изоляции или сокращение срока службы установки.

Закон ленца

ЗАКОН ЛЕНЦА - основное правило, охватывающее все случаи электромагнитной индукции и позволяющее установить направление возникающей э.д.с. индукции.

Согласно закону Ленца это направление во всех случаях таково, что ток, созданный возникшей э.д.с., препятствует тем изменениям, которые вызвали появление э.д.с. индукции. Этот закон является качественной формулировкой закона сохранения энергии в применении к электромагнитной индукции.

Закон электромагнитной индукции

ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ, закон Фарадея - закон, устанавливающий взаимосвязь между магнитными и электрическими явлениями. ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром. Величина ЭДС поля зависит от скорости изменения магнитного потока.

Законы фарадея

ЗАКОНЫ ФАРАДЕЯ (по имени английского физика М.Фарадея (1791-1867)) - основные законы электролиза.

Устанавливают взаимосвязь между количеством электричества, проходящего через электропроводящий раствор (электролит), и количеством вещества, выделяющегося на электродах.

При пропускании через электролит постоянного тока I в течение секунды

Второй закон ФАРАДЕЯ: электрохимические эквиваленты элементов прямо пропорциональны их химическим эквивалентам.

Правило буравчика

ПРАВИЛО БУРАВЧИКА — правило, позволяющее определить направление магнитного поля, зависящее от направления электрического тока. При совпадении поступательного движения буравчика с протекающим током направление вращения его рукоятки указывает направление магнитных линий. Или при совпадении направления вращения рукоятки буравчика с направлением тока в контуре поступательное движение буравчика указывает направление магнитных линий, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром.

Правило левой руки

ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ — правило, позволяющее определить направление электромагнитной силы. Если ладонь левой руки расположена так, что вектор магнитной индукции входит в нее (вытянутые четыре пальца совпадают с направлением тока), то отогнутый под прямым углом большой палец левой руки показывает направление электромагнитной силы.

Правило правой руки

ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ — правило, позволяющее определить направление наведенной эдс электромагнитной индукции. Ладонь правой руки располагают так, чтобы магнитные линии входили в нее. Отогнутый под прямым углом большой палец совмещают с направлением движения проводника. Вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной эдс.

Эти страницы вам могут пригодиться:

Задачи по электротехнике с решениями Ответы на тесты по электротехнике Лабораторные по электротехнике Контрольная по электротехнике Рефераты по электротехнике Вопросы по электротехнике ТОЭ задачи с решением и примерами ТОЭ лэти угату мэи Темы по электротехнике