Energia elektryczna i magnetyzm.

Energia elektryczna i magnetyzm.
Odcinek fizyki obejmujących wiedzę na temat elektryczności statycznej, prądów elektrycznych i zjawisk magnetycznych.
ELEKTROSTATYKA
Elektrostatyka adresuje zjawiska związane z odpoczynkiem ładunków elektrycznych. Obecność sił działających między takimi opłatami odnotowano w czasie Homera. Słowo "Elektryczność" pochodzi z greckiego Elektronu (Amber), ponieważ pierwsze opracowane tarcie historie elektryfikacji tarcia są połączone z tym materiałem. W 1733 r. Dufe (1698-1739) odkrył, że istnieją ładunki elektryczne dwóch typów. Opłaty tego samego typu są utworzone na przepięciu, jeśli potarł go wełnianą szmatką, ładunki innego typu - na szybie, jeśli pocierają go jedwabiu. Te same opłaty są odpychane, różne - przyciągają. Opłaty różnych typów, łączących, neutralizują się nawzajem. W 1750 B. Franklin (1706-1790) opracował teorię zjawisk elektrycznych na podstawie założenia, że \u200b\u200bwszystkie materiały zawierają jakiś "ciecz elektryczny". Uważa, że \u200b\u200bz tarciem dwóch materiałów część tego płynu elektrycznego porusza się z jednego z nich do drugiego (podczas gdy całkowita ilość płynu elektrycznego jest zapisana). Nadmiar płynu elektrycznego w ciele informuje go, że ładunek jednego typu, a jego wada jest objawiana jako obecność opłaty innego typu. Franklin zdecydował, że po potarciu Surgucha wełna wełniana bierze pewną ilość płynu elektrycznego. Dlatego zadzwonił do negatywnego ładunku Surguucha. Widoki Franklin są bardzo blisko nowoczesnych pomysłów, zgodnie z którymi elektryfikacja przez tarcie wynika z przepływu elektronów z jednego z ciał napędowych do drugiego. Ale ponieważ w rzeczywistości elektrony przepływają z wełny na surgasch, nadmiar występuje w suruniu, a nie brak tego płynu elektrycznego, który jest teraz identyfikowany z elektronami. W Franklin, nie było sposobu, aby określić, w którym kierunku płynie płynu elektrycznego i jesteśmy zobowiązani do nieudanego wyboru przez fakt, że opłaty elektronowe okazały się "negatywne". Chociaż taki znak ładunku powoduje pewne zamieszanie w badaniu podmiotu, ta konwencja jest zbyt mocno zakorzeniona w literaturze, aby porozmawiać o zmianie znaku ładunku w elektronu po jej właściwościach już dobrze badane. Korzystanie z głośników wysokotonowych opracowanych przez G. Cavendish (1731-1810), w 1785 r. Cylon (1736-1806) wykazało, że siła działająca pomiędzy dwoma punktami ładunków elektrycznych jest proporcjonalna do produktu wartości tych opłat i jest odwrotnie proporcjonalny do placu odległości między nimi, a mianowicie:

Gdzie f jest siłą, z którą ładowanie Q odpiera ładunek tego samego znaku Qў, a R jest odległością między nimi. Jeśli oznaki ładunków są przeciwne, siła f jest ujemna, a opłaty nie są odpychane, ale przyciągają się nawzajem. Współczynnik proporcjonalności K zależy od których mierzy się jednostki F, R, Q i Q. "
Jednostki pomiaru ładunku początkowo nie istniały, ale prawo Coulonu umożliwia wprowadzenie takiej jednostki. Ta jednostka pomiaru ładunku elektrycznego jest przypisana nazwa "wisiorek" i skrócona oznaczenie Cl. Jeden wisiorek (1 Cl) jest ładunkiem, który pozostaje na początkowo neutralnym korpusie po usunięciu 6242 * 1018 elektronów z niego. Jeśli we wzorze (1) ładunków Q i Q "wyraża się w Coulonach, F - w Newton i R - w metrach, następnie k" 8 9876 * 10 9 H * M2 / CL2, tj. Około 9 * 10 9N * M2 / CL2. Zwykle zamiast k Użyj stałej E0 \u003d 1 / 4pk. Chociaż wyrażenie prawa kulonego jest nieznacznie skomplikowane, pozwala nam to zrobić bez mnożnika 4P w innych wzorach stosowanych częściej niż prawo Culon.
Maszyny elektrostatyczne i Bank Leiden. Maszyna do uzyskania ładunku statycznego o dużej wielkości przez tarcie wynalazł około 1660 O. Heica (1602-1686), co opisało nowe eksperymenty na pustej przestrzeni (De Vacoo Spatio, 1672). Wkrótce pojawiły się inne opcje dla takiego samochodu. W 1745 r. E. Kleist od Cammin i niezależnie od niego, P. Pitchenbruck z Leidena stwierdził, że szklany tyłek, układany od wewnątrz i na zewnątrz materiału przewodzącego, można wykorzystać do gromadzenia i przechowywania ładunku elektrycznego. Szklane słoiki ułożone z wewnętrznej i zewnętrznej folii TIL są tak zwane brzegi Leiden - były pierwszymi kondensatorami elektrycznymi. Franklin wykazał, że podczas ładowania banku Leidena, zewnętrzna powłoka folii cyny (na zewnątrz) nabywa ładunek jednego znaku, a wewnętrzne wystąpienie jest równe wartości przeciwnego znaku. Jeśli obie naładowane płytki są pokazane w kontakcie lub podłączonym przez przewód, ładunki całkowicie znikają, co wskazuje na ich wzajemną neutralizację. Stąd wynika z tego, że opłaty są swobodnie poruszone wzdłuż metalu, ale nie mogą poruszać się po szybie. Materiały Materiały Materiały dla ładunków są przenoszone swobodnie, zostały nazwane przewody i materiały typu szklane, przez które opłaty nie przechodzą, są izolatory (dielektryka).
Dielektryka. Idealny dielektryk jest materiałem, którego wewnętrzne ładunki elektryczne są tak mocno związane, że nie jest w stanie przeprowadzić prądu elektrycznego. Dlatego może służyć jako dobry izolator. Chociaż w naturze nie ma idealnych dielektryków, przewodność wielu materiałów izolacyjnych w temperaturze pokojowej nie przekracza 10-23 przewodności miedzi; W wielu przypadkach taka przewodność można uznać za równe zero.
Warunki. Struktura krystaliczna i dystrybucja elektronów w stałych przewodach i dielektryk są podobne do siebie. Główna różnica polega na tym, że w dielektryce wszystkie elektrony są mocno związane z odpowiednimi jąderami, podczas gdy w przewodzie znajdują się elektrony, które znajdują się w zewnętrznej skorupie atomów, które mogą swobodnie poruszać się na krysztale. Takie elektrony nazywane są wolnymi elektronami lub elektronami przewodzącymi, ponieważ są one ładowaniami. Liczba elektronów przewodności na atom z dodatkiem zależy od struktury elektronowej atomów i stopnia zaburzenia zewnętrznych elektronicznych skorupów atomów sąsiadów wzdłuż krystalicznej kraty. W elementach pierwszej grupy okresowego układu elementów (lit, sód, potas, miedź, rubid, srebro, cez i złoty) wewnętrzne skorupy elektroniczne są wypełnione całkowicie, aw powłoki zewnętrznej jest pojedynczy elektron. Eksperyment potwierdził, że te metale mają jeden atom, liczba elektronów przewodności w przybliżeniu równa jednej. Jednak dla większości metali inne grupy charakteryzują się średnimi wartości ułamkowymi liczby elektronów przewodności na jeden atom. Na przykład, przemijające elementy - nikiel, kobalt, pallad, reni i większość ich stopów - liczba elektronów przewodności na atom wynosi około 0,6. Liczba bieżących przewoźników w półprzewodnikach jest znacznie mniejsza. Na przykład w Niemczech w temperaturze pokojowej wynosi około 10-9. Niezwykle niewielka liczba mediów w półprzewodnikach prowadzi do pojawienia się wielu interesujących właściwości.
Zobacz solidną fizykę;
Półprzewodnikowe urządzenia elektroniczne;
Tranzystor. Fluktuacje termiczne kraty krystalicznej w metalowym podtrzymywaniu stałego ruchu elektronów przewodności, której prędkość, której w temperaturze pokojowej osiąga 106 m / s. Ponieważ jest to chaotycznie, nie prowadzi do prądu elektrycznego. Gdy pole elektryczne jest nakładające się, pojawia się mały wspólny dryf. Ten dryf wolnych elektronów w Explorerze jest prąd elektryczny. Ponieważ elektrony naliczane są ujemne, bieżący kierunek jest przeciwny do kierunku ich dryfu.
Różnica potencjału. Opisać właściwości skraplacza, konieczne jest wprowadzenie koncepcji różnicy potencjału. Jeśli na jednym kondensatorze jest dodatni ładunek, a na drugim jest negatywny ładunek tej samej wartości, a następnie do przeniesienia dodatkowej części ładunku dodatnich z negatywnym przywiązaniem do pozytywnego, konieczne jest działanie przeciwko Siły przyciągania z negatywnych opłat i odpychania pozytywnych. Potencjalna różnica między płytami definiuje się jako stosunek pracy na przeniesieniu opłaty za próbę do wielkości tej opłaty; Zakłada się, że opłata próbna jest znacznie mniejsza niż ładunek, który był pierwotnie na każdym z płyt. Kilka zmodyfikowanych formułowania, możliwe jest określenie różnicy potencjału między dowolnymi dwoma punktami, które mogą być wszędzie: na drucie z prądem, na różnych płytach skraplacza lub po prostu w przestrzeni. Definicja ta jest taka: różnica potencjalna między dwoma punktami przestrzeni jest równa stosunku działania wydanego na ruchu ładunku testowego z punktu o niższym potencjale do punktu o wyższym potencjale, do wartości badania opłata. Znajduje się ponownie, że ładunek testowy jest wystarczająco mały i nie narusza dystrybucji opłat, tworząc zmierzalną różnicę potencjału. Różnica potencjalna V jest mierzona w woltach (b), pod warunkiem, że działa w dżule (J), a ładunek testowy Q znajduje się w Couloni (Cl).
Pojemność. Pojemność kondensatora jest równa stosunkowi wartości bezwzględnej opłaty na dowolnym z dwóch płyt (przypomnimy, że ich opłaty różnią się tylko do znajomych) do potencjalnej różnicy między płytami:

Pojemność C mierzona jest w Farade (F), jeżeli Q jest wymawiana w wierszu (Cl), a różnica potencjalna jest w Voltach (B). Dwa właśnie wspomniane jednostki pomiaru, woltów i Farad są nazywane tak na cześć naukowców A. Volti i M. Faradey. Faraday okazał się tak duży, że pojemność większości kondensatorów wyraża się w mikopaidach (10 -6 φ) lub picofarades (10 -12 f).
Pole elektryczne. W pobliżu ładunków elektrycznych znajduje się pole elektryczne, którego wartość w tym momencie jest równa definicji, stosunek siły działającej na ładunku testowego punktu umieszczonego w tym momencie do wartości ładunku testowego, pod warunkiem że Opłata testowa jest wystarczająco mała i nie zmienia rozkładu opłat tworzących pole. Zgodnie z niniejszą definicją moc F i wytrzymałość pola elektrycznego E są połączone stosunkiem

Faraday wprowadziła pomysł linii energetycznych pola elektrycznego rozpoczynającego się od dodatnia i kończących negatywne opłaty. W tym przypadku gęstość (gęstość) linii energetycznych jest proporcjonalna do siły polowej, a kierunek kierunku w tym punkcie zbiega się z kierunkiem styku do linii zasilającej. Później K. Gauss (1777-1855) potwierdził ważność tego zgadnienia. W oparciu o odwrotne kwadraty ustanowione przez wisiorek (1), to matematycznie ściśle wykazało, że linie energetyczne, jeśli budują je zgodnie z poglądami na Faraday, są w sposób ciągły wszędzie w pustej przestrzeni, zaczynając od dodatnich opłat i kończących się negatywami . Ta uogólnienie otrzymała nazwę twierdzenia Gaussa. Jeśli łączna liczba linii energetycznych pochodzących z każdego ładunku Q wynosi q / E0, a następnie gęstość linii w dowolnym momencie (czyli stosunek liczby linii przekraczających wyimaginowaną małą wkładkę umieszczoną w tym miejscu prostopadle do je do obszaru tej strony) równą wielkości siły pola elektrycznego w tym punkcie, wyrażone w N / Cl lub w per / m. Najprostszym kondensatorem jest dwie równoległe płytki przewodzące znajdujące się blisko siebie. Podczas ładowania kondensatora płytki nabywają takie same, ale przeciwnie do znaku ładunku, równomiernie dystrybuowane nad każdym z płyt, z wyjątkiem krawędzi. Zgodnie z twierdzeniem Gaussa, siła pola między takimi płytami jest stała i jest równa e \u003d q / E0A, gdzie q jest ładowaniem na dodatnio naładowanej tablicy i obszaru płytki. Ze względu na określenie różnicy w potencjale, mamy v \u003d ed, gdzie d jest odległością między płytami. Zatem V \u003d QD / E0A i pojemnik o takim kondensatorze równoległego samolotu jest równy:

Gdzie C wyraża się w Pharandach i odpowiednio, odpowiednio w M2 i M.
D.C.
W 1780 L. GALVANI (1737-1798), zauważył, że ładunek ukochany z maszyny elektrostatycznej do łapy martwej żaba powoduje gwałtowny ciągnąć łapę. Ponadto łapy żaby, ustalone nad żelazną płytą na drutu mosiężnym wprowadzonym do rdzenia kręgowego, szarpnął się, gdy dotknęli płyt. Galvani poprawnie wyjaśnił to przez fakt, że ładunki elektryczne, przechodzące przez włókna nerwowe, spraw, aby mięśnie żaby kurczą się. Ten ruch ruchu nazywano galwanicznymi. Po eksperymentach przeprowadzonych przez galwanizację, Volta (1745-1827) wynalazły tak zwane wolty filaru - bateria galwaniczna wykonana z kilku kolejno podłączonych elementów elektrochemicznych. Jego bateria składała się z naprzemiennych kręgów miedzi i cynkowych oddzielonych mokrym papierem i pozostawia do przestrzegania tych samych zjawisk jak maszyna elektrostatyczna. Powtarzanie eksperymentów Volta, Nikolson i Karlal w 1800 r. Okazało się, że możliwe jest zastosowanie miedzi z roztworem siarczanu miedzianego do przewodu miedzianego. W. Vollarston (1766-1828) otrzymał te same wyniki za pomocą maszyny elektrostatycznej. M. Faraday (1791-1867) wykazał w 1833 roku, że masa elementu otrzymanego przez elektrolizę wytwarzaną przez tę ilość ładunku jest proporcjonalna do masy atomowej podzielonej przez Valence. Przepis ten jest teraz nazywany prawem Faraday do elektrolizy. Ponieważ prąd elektryczny jest transfer ładunków elektrycznych, naturalnie określa bieżącą jednostkę siły jako ładunek w katalogach, które odbywa się co sekundę za pośrednictwem tej witryny. Siła bieżącej 1 komórki / s została nazwana Ampere na cześć A. Ampere (1775-1836), która otworzyła wiele ważnych skutków związanych z efektem prądu elektrycznego. Prawo Ohm, opór i rezystywność. W 1826 r. Om (1787-1854) ogłosiło nowe otwarcie: prąd w metalowym przewodniku po wprowadzeniu do łańcucha każdej dodatkowej części filaru Voltov wzrosła o taką samą wielkość. Został uogólniony w formie prawa omów. Ponieważ różnica potencjalna utworzona przez Post Volt jest proporcjonalna do liczby sekcji włącznych, prawo niniejsze prawo twierdzi, że różnica w potencjale V między dwoma punktami przewodów, podzielona przez prąd I w przewodzie, jest stała i niezależna od V lub I. Przyciąganie

Nazywa się oporem dyrygenta na działce między dwoma punktami. Odporność jest mierzona w OMAH (OM), jeśli różnica potencjalna V jest wyrażona w woltach, a prąd I jest w amperach. Opór przewodu metalowego jest proporcjonalny do jego długości L i odwrotnie proporcjonalnie do obszaru i jej przekroju. Pozostaje stała, podczas gdy jego temperatura jest stała. Zwykle rezerwy te są wyrażane przez formułę

Gdzie R jest opornikiem (OMHM), w zależności od materiału przewodu i jego temperatury. Współczynnik temperatury oporności jest zdefiniowany jako względna zmiana wartości R, gdy temperatura zmienia się o jeden stopień. Tabela przedstawia wartości współczynników oporności i temperatury oporu niektórych materiałów konwencjonalnych, mierzone w temperaturze pokojowej. Specyficzne impedancje czystych metali są zwykle niższe niż stopy, a współczynniki temperatury są wyższe. Opór dielektryki, zwłaszcza siarki i miki, znacznie wyższa niż metale; Stosunek osiągnie wartość 1023. Współczynniki temperaturowe dielektryki i półprzewodników są ujemne i mają stosunkowo duże wartości.
Efekt termiczny prądu elektrycznego. Efekt termiczny prądu elektrycznego został po raz pierwszy obserwowany w 1801 r., Kiedy prąd był w stanie stopić różne metale. Pierwsze przemysłowe zastosowanie tego zjawiska odnosi się do 1808, gdy zaproponowano proszek elektorodowany. Pierwszy łuk węgla, przeznaczony do ogrzewania i oświetlenia, został wystawiony w Paryżu w 1802 r. Do słupów filaru Voltova, który zliczył 120 elementów, podłączonych elektrod z węgla drzewnego, a gdy oba elektrody węgla zostały wprowadzone do kontaktu, a następnie rozwiedzione, "Musujące rozładowanie wyłącznej jasności". Poznawanie efektu termicznego prądu elektrycznego, J. Joule (1818-1889) przeprowadził eksperyment, który nie powiódł się z prawem ochrony energii. Joule po raz pierwszy pokazał, że energia chemiczna przeznaczona na utrzymanie w obecnym dyrygorze jest w przybliżeniu równa ilości ciepła, który jest uwalniany w przewodzie podczas bieżącego fragmentu. Okazało się również, że ciepło uwalniane w dyrygorze jest proporcjonalne do kwadratu dla bieżącej siły. Obserwacja ta jest zgodna z obydwoma prawami OHM (V \u003d IR) i określeniem różnicy potencjału (V \u003d W / Q). W przypadku prądu bezpośredniego podczas t t przez przewód, ładunek Q \u003d przechodzi. Dlatego energia elektryczna, która zmieniła się w przewód do ciepła, jest równa:

Energia ta nazywa się Jowle Ciepła i wyraża się w Joules (J), jeśli obecny I zostaje wyrażony w Amperach, R - w Omah i T - w kilka sekund. Źródła elektryczne dla obwodów DC. Po wystąpieniu stałego obwodu prądu elektrycznego, istnieje równie stała transformacja energii elektrycznej do ogrzewania. Aby utrzymać prąd, konieczne jest, aby energia elektryczna była wytwarzana w niektórych częściach łańcucha. Volt Filar i inne źródła prądu chemicznego przekształcają energię chemiczną w elektryczne. W kolejnych sekcjach omówiono również inne urządzenia produkujące energię elektryczną. Wszystkie z nich zachowują się jak elektryczne "pompy" przenoszące ładunki elektryczne przed działaniem sił płynącej przez stałe pole elektryczne. Ważnym parametrem bieżącego źródła jest siła elektromotoryczna (EMF). EMF źródła prądu definiuje się jako różnica potencjału na jego zaciskach przy braku prądu (z otwartym łańcuchem zewnętrznym) i mierzy się w woltach.
Termoelektryczność. W 1822 r. T. Seebek odkrył, że w łańcuchu składa się z dwóch różnych metali, prąd występuje, jeśli jeden punkt ich połączenia jest gorący. Taki łańcuch nazywa się termoelelementem. W 1834 r. J. Peltier odkrył, że gdy prąd przechodzi przez spin z dwóch metali w jednym kierunku, ciepło jest wchłaniane, a w drugim - jest przydzielony. Wielkość tego odwracalnego efektu zależy od spadek materiałów i jego temperatury. Każdy skok termoelementu posiada EMF EJ \u003d WJ / Q, gdzie WJ jest energią cieplną, która zamienia się w elektryczne w jednym kierunku ruchu q lub energii elektrycznej, która zamienia się w ciepło, gdy ładunek porusza się w innym kierunku. Te EDC są przeciwne do kierunku, ale zwykle nie są równe, jeśli temperatura tarczy różni się. W. Thomson (1824-1907) stwierdził, że całkowity EMF termoelementu nie jest składany z dwóch, ale z czterech EDS. Oprócz EMF, wynikające z spa, istnieją dwa dodatkowe EMFS spowodowane spadkiem temperatury na przewodniku utworzonym termoelemem. Dostali imię EDS Thomson.
Efekty seebek i peltier. Termoelement jest "maszyną termiczną", w pewnej postawie podobnej do obecnego generatora, cytowanej turbiny parowej, ale bez ruchomych części. Podobnie jak turbogenerator, zamienia ciepło w energię elektryczną, wybierając go z "grzejnika" o wyższej temperaturze i podając część tego ciepła "lodówka" o niższej temperaturze. W termoelemie, działając jak maszyna termiczna, "grzejnik" jest w gorącym spa, a "lodówka" jest zimna. Fakt, że ciepło o niższej temperaturze jest utracone, ogranicza teoretyczną wydajność transformacji energii cieplnej w wartości elektrycznej (T1 - T2) / T1, gdzie T1 i T2 są absolutnymi temperaturami "grzejnika" i "lodówki". Dodatkowy spadek wydajności termoelementu wynika z utraty ciepła z powodu transferu ciepła z "grzejnika" do "lodówki".
Patrz ciepło; Termodynamika. Transformacja ciepła do energii elektrycznej występującej w termoelemie zwykle nazywana efektem SeEBeck. Elementy termiczne, zwane termoparami służą do pomiaru temperatury, zwłaszcza w trudno dostępnych miejscach. Jeśli jedna łapa jest w punkcie kontrolowanym, a drugi w temperaturze pokojowej, znana, Thermo-EMF służy jako miara temperatury w kontrolowanym punkcie. Duże sukcesy osiąga się w dziedzinie termoelezmu do bezpośredniego przekształcenia ciepła w energię elektryczną w skali przemysłowej. Jeśli przez termoelement pominąć prąd ze źródła zewnętrznego, zimny spaja pochłania ciepło i gorąco - przydzielić go. Takie zjawisko nazywa się efektem peltier. Efekt ten można stosować do chłodzenia z zimnym spa, albo do ogrzewania gorącym spay. Energia cieplna, podświetlona przez gorące tarła, jest więcej niż całkowita ilość ciepła dostarczanego do zimnego spa, według wartości odpowiadającej energii elektrycznej. Zatem gorący spay podkreśla więcej ciepła niż odpowiadałoby całkowitą ilość energii elektrycznej dostarczanej do urządzenia. Zasadniczo duża liczba kolejno połączonymi termoelezami, których zimne spaczki pochodzą na zewnątrz, a gorące pomieszczenia znajdują się w pomieszczeniu, mogą być stosowane jako pompowanie ciepła pompujące ciepło z niższego obszaru temperatury do wyższej powierzchni temperatury. Teoretycznie zyski w energii cieplnej w porównaniu z kosztem energii elektrycznej mogą być T1 / (T1 - T2). Niestety, dla większości materiałów efekt jest tak mały, że w praktyce byłoby zbyt wiele termoelezmu. Ponadto stosowalność efektu peltiera nieco ogranicza transfer ciepła z gorącego spa do zimna z powodu przewodności cieplnej w przypadku materiałów metalowych. Badania półprzewodników doprowadziły do \u200b\u200butworzenia materiałów z wystarczająco dużymi efektami peltier dla wielu praktycznych zastosowań. Efekt Peltier okazuje się szczególnie cenne, jeśli to konieczne, chłodzenie trudno dostępnych obszarów, w których nie są odpowiednie zwykłe metody chłodzenia. Za pomocą takich urządzeń urządzenia są chłodzone, na przykład instrumenty w statku kosmicznym.
Efekty elektrochemiczne. W 1842 r. Helmholtz wykazał, że we źródła rodzaju filaru Voltov energia chemiczna zamienia się w elektryczne, aw procesie elektrolizy, energia elektryczna zamienia się w substancję chemiczną. Sociece chemiczne bieżącego typu elementów suchych (zwykłych baterii) i baterii były niezwykle praktyczne. Podczas ładowania baterii prądem elektrycznym o optymalnej wartości, większość energii elektrycznej zgłaszana do niego włącza się w energię chemiczną, która może być stosowana, gdy bateria jest rozładowana. Oraz podczas ładowania, a gdy bateria jest odprowadzana, część energii jest utracona w postaci ciepła; Te straty termiczne wynikają z wewnętrznej odporności baterii. EMF takiego źródła prądu jest równe potencjalnej różnicy na jego zaciskach w obwodzie otwartym, gdy nie ma kropli napięcia IR na wewnętrznej odporności.
Obwody DC. Aby obliczyć moc DC w prostym łańcuchu, możesz użyć prawa otwarte przez OHOM, gdy zbadano kolumnę Voltov:

Gdzie R jest odpornością na łańcuch i źródło V - EDC. Jeśli kilka rezystorów z oporami R1, R2 itd. Konsekwentnie podłączony, a następnie w każdym z nich prąd I z tej samej i całkowitej różnicy potencjału jest równa sumie poszczególnych różnic potencjalnych (fig. 1, a). Wspólny odporność można zdefiniować jako rezystancję połączenia szeregowego Grupy Rezystorów RS. Różnica potencjałów na tej grupie jest równa

W związku z tym,

Jeśli rezystory są podłączone równolegle, różnica potencjalna w grupie zbiega się z różnicą w potencjale na każdym oporcie (rys. 1, b). Pełny prąd przez grupę rezystorów jest równy sumie prądów poprzez poszczególne rezystory, tj.

Ponieważ I1 \u003d V / R1, I2 \u003d V / R2, I3 \u003d V / R3 itd., Odporność na połączenie równoległe grupy RP jest określona przez stosunek

Gdzie następuje

Podczas rozwiązywania problemów z obwodami DC dowolnego typu należy najpierw uprościć zadanie, stosując relacje (9) i (10).

Prawa Kirchhoff. Kirchhof (1824-1887) zbadano szczegółowo ustawy Ohm i opracowała ogólną metodę obliczania stałej prądów w obwodach elektrycznych, w tym zawierających kilka źródeł EDC. Ta metoda opiera się na dwóch przepisach zwanych przepisami Kirchhoff: 1. Suma algebraiczna wszystkich prądów w dowolnym węźle obwodu wynosi zero. 2. Suma algebraiczna wszystkich potencjalnych różnic IR w każdej zamkniętej pętli jest równa ilości algebraicznej wszystkich EDS w tym obwodzie zamkniętym. Te dwa prawa są wystarczające, aby rozwiązać każdy problem związany z łańcuchami DC.
Zobacz też
Bateria energetyczna;
Łańcuchy elektryczne.
Magnetostatyka.
Magnetostatyka zajmowała się siłami powstającymi między organami ze stałym magnetyzowaniem. Właściwości magnesów naturalnych są zgłaszane w pismach Falez Miletsky (ok. 600 pne) i Platona (427-347 BC). Słowo "magnes" powstał ze względu na fakt, że naturalne magnesy odkryto przez Greków w Magnezji (Fessels). Do 11 c. Przesłanie Chińskiego Shen Qua i Chu Yu na produkcji kompasów z naturalnych magnesów i przy użyciu ich w nawigacji. Jeśli długa igła naturalnego magnesu jest zrównoważona na osi, umożliwiając swobodnie obracanie się w płaszczyźnie poziomej, to zawsze stoi przed jednym końcem na północy, a drugi jest na południu. Umieszczając koniec wskazując na północ, można użyć takiego kompasu, aby określić kierunki. Efekty magnetyczne zatężono w takiej igle, dlatego nazywano ich Polakami (odpowiednio przez północną i południe). Pisanie W. Hilbert o magnesie (De Magnee, 1600) była pierwszą próbą studiowania zjawisk magnetycznych z punktu widzenia nauki. W tej pracy zebrano informacje o energii elektrycznej i magnetyzmie, a także wyników własnych eksperymentów autora, zostały zebrane. Pręty wykonane z żelaza, stali i innych materiałów są namagnesowane podczas kontaktu z naturalnymi magnesami, a ich zdolność do przyciągania małych kawałków żelaza, jak w magnesach naturalnych, zwykle manifestuje się w pobliżu biegunów znajdujących się na końcach prętów. Podobnie jak ładunki elektryczne, Polacy są dwa typy. Te same Polacy są wzajemnie odpychane, a przeciwieństwa są przyciągane. Każdy magnes ma dwa identyczne słupy przeciwnego znaku. W przeciwieństwie do ładunków elektrycznych, które można oddzielić od siebie, pary biegunów były nierozłączne. Jeśli magnetyzowany pręt jest starannie wycinany w środku między Polakami, pojawiają się dwa nowe słupy tej samej siły. Ponieważ ładunki elektryczne nie wpływa na słupy magnetyczne, a przeciwne, elektryczne i zjawiska magnetyczne przez długi czas uważano za zupełnie inny w naturze. Wisiorek ustanowił ustawę o siłach przyciągania i odpychania Polaków, wykorzystując wagi podobne do tych, które stosował, stwierdzając prawo do sił działających między opłatami dwóch punktów. Okazało się, że siła działająca między Polakami jest proporcjonalna do ich "wielkości" i odwrotnie proporcjonalnej do kwadratu odległości między nimi. Prawo to jest rejestrowane w formie

Gdzie p i p "- wartości" Polaków, R oznacza odległość między nimi, a km jest współczynnikiem proporcjonalności, który zależy od zastosowanych jednostek. W nowoczesnej fizyce, odmówił rozważenia biegunów magnetycznych (z powodów Wyjaśniono, że w następnej części), więc prawo to jest głównie zainteresowanie historyczne.
Magnetyczne efekty prądu elektrycznego
W 1820 r., Rzeczył (1777-1851) stwierdził, że dyrygent z bieżącymi działami na strzałkę magnetyczną, obracając go. Dosłownie tydzień później amper wykazał, że dwa równoległy dyrygent z prądem jednego kierunku przyciągnął się. Później zasugerował, że wszystkie zjawiska magnetyczne były spowodowane prądami, a właściwości magnetyczne magnesów trwałych są związane z prądami stale krążącymi wewnątrz tych magnesów. To założenie jest w pełni zgodne z nowoczesnymi pomysłami.
Patrz magnesy i właściwości magnetyczne substancji. Pola elektryczne utworzone przez ładunki elektryczne w okolicznych przestrzeni charakteryzują się siłą działającą na pojedynczym ładunku próbnym. Wokół materiałów magnesowych i przewodów elektrycznych pojawiają się pola magnetyczne, które pierwotnie charakteryzowały się siłą działającą na "pojedynczym" słupie próbne. Chociaż ten sposób określania wytrzymałości pola magnetycznego nie jest już stosowane, podejście to zostało zachowane przy określaniu kierunku pola magnetycznego. Jeśli mała strzałka magnetyczna jest zawieszona w środku masy i może obracać się swobodnie w dowolnym kierunku, a następnie jego orientację i wskaże kierunek pola magnetycznego. Z wykorzystania Polaków magnetycznych w celu określenia charakterystyki pola magnetycznego, konieczne było odmowę z wielu powodów: najpierw niemożliwe jest izolowanie oddzielnego bieguna; Po drugie, nie można dokładnie określić żadnej pozycji ani ilości biegunu; Po trzecie, Polacy magnetyczne są zasadniczo fikcyjne koncepcje, ponieważ w rzeczywistości efekty magnetyczne wynikają z ruchu ładunków elektrycznych. W związku z tym te pola magnetyczne charakteryzują się teraz siłą, z którą działają na przewodach z prądem. Na rys. 2 przedstawia dyrygent z prądem, który leżę w płaszczyźnie wzoru; Obecny kierunek jest wskazany przez strzałkę. Dyrygent znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym, którego kierunek jest równoległy do \u200b\u200bpłaszczyzny wzoru i jest kątem F z kierunkiem przewodu z prądem. Wielkość indukcji pola magnetycznego B jest podana przez wyrażenie

gdzie f jest siłą, z którą pole działa na elemencie przewodowym L z prądem I. Kierunek siły F jest prostopadle do kierunku pola magnetycznego, a obecny kierunek. Na rys. 2 Siła ta jest prostopadła do płaszczyzny wzoru i jest kierowana od czytelnika. Wartość B w zasadzie można określić, obracając przewód, aż F osiągnie maksymalną wartość, w której B \u003d Fmax / IL. Kierunek pola magnetycznego można również zainstalować, obracając przewód, aż siła f zamienia się w zero, tj. Dyrygent będzie równoległy do \u200b\u200bB. Chociaż przepisy te są trudne do zastosowania w praktyce, eksperymentalne sposoby określania wielkości i kierunku pola magnetycznego są na nich. Siła działająca na dyrygenta z prądem jest zwykle napisana w formie

J. BIO (1774-1862) i F. SAVAR (1791-1841) doprowadziły prawo do obliczenia pola magnetycznego utworzonego przez znaną dystrybucję prądów elektrycznych, a mianowicie

Gdzie b jest indukcją magnetyczną, utworzoną przez element o niskiej długości przewodnika L z prądem I. Kierunek pola magnetycznego utworzonego przez ten element prądu jest pokazany na FIG. 3, co również wyjaśnia wartości R i F. Współczynnik proporcjonalności K zależy od wyboru jednostek pomiarowych. Jeśli wyraża się w amperach, L i R - w metrach, a B - w Teslas (TL), następnie K \u003d M0 / 4P \u003d 10-7 pm / m. Aby określić wartość i kierunek B w dowolnym punkcie przestrzeni, która tworzy przewód o wysokiej długości i arbitralny kształt, konieczne jest umysłowo rozbić przewód do krótkich segmentów, obliczają wartości B i określić kierunek utworzonych pól przez poszczególne segmenty, a następnie złożyć te pojedyncze pola. Na przykład, jeśli prąd I W przewodniku utworzonym kręgu o promieniu A jest skierowany zgodnie z ruchem wskazówek zegara, pole w środku okręgu jest łatwo obliczane. W wzorze (13) odległość R z każdego elementu przewodu do środka okręgu jest równa A i F \u003d 90 °. Ponadto pole utworzone przez każdy element prostopadle do płaszczyzny obwodu i kierowane od czytelnika. Składanie wszystkich pól, dostajemy indukcję magnetyczną w centrum:

Aby znaleźć pole w pobliżu przewodu stworzonego przez bardzo długi prosty dyrygent z bieżącym I, w celu podsumowania pola, konieczne będzie uciekanie się do integracji. Znaleziono w ten sposób pole jest równe:

Gdzie r jest odległością do prostopadłej z dyrygenta. Wyrażenie to jest używane w aktualnie definicji ameryki.
Galwanometry. Stosunek (12) pozwala porównać siły prądów elektrycznych. Urządzenie utworzone w tym celu nazywa się galwanometrem. Pierwsze takie urządzenie zostało zbudowane przez I. Shuger w 1820 roku. Był cewką drutu, w środku, do którego strzała magnetyczna jest zawieszona. Zmierzony prąd został pominięty przez cewkę i utworzył pola magnetycznego wokół strzałki. Strzałka działała moment obrotowy, proporcjonalna wytrzymałość prądu, która była zrównoważona ze względu na elastyczność przędzy zawiesiny. Pole magnetyczne Ziemi powoduje zniekształcenie, ale jego wpływ można wyłączyć, otaczając strzałkę z magnesami trwałymi. W 1858 r., U.tomson, bardziej znany jako Pan Kelvin, przyłączył lustro do strzałki i wprowadził szereg innych ulepszeń, znacznie poprawiając wrażliwość galwanometru. Takie galwanometry należą do klasy instrumentów z poruszającą się strzałką. Chociaż galwanometr z poruszającym się strzałką można wykonać bardzo wrażliwy, prawie całkowicie tłumił urządzenie z ruchomą cewką lub ramą umieszczoną między słupami magnesem stałym. Magnetyczne pole dużego magnesu podkowy w galwanometrze jest tak silny w porównaniu z polem magnetycznym Ziemi, że wpływ tego ostatniego można pominąć (rys. 4). Galwanometr z mobilną ramą zaproponowano w 1836 W. Sternzhen (1783-1850), ale nie otrzymał należytego rozpoznania, podczas gdy w 1882 j.d. "Arsonval nie utworzył nowoczesnej wersji tego urządzenia.

Figa. 4. Galwanometr D Arsonval do pomiaru mocy prądu elektrycznego. Strzałka jest podłączona do ruchomej ramy zawieszonej między słupami magnesów podkowy.

Indukcja elektromagnetyczna. Po tym, jak stwierdził, że stały prąd tworzy moment obrotowy działający na magnesie, wprowadzono wiele prób w celu wykrycia prądu spowodowanego obecnością magnesów. Jednak magnesy były zbyt słabe, a bieżące metody pomiaru są zbyt niegrzeczne, aby wykryć jakikolwiek efekt. Wreszcie, dwóch badaczy - J. Henry (1797-1878) w Ameryce i M. Faraday (1791-1867) w Anglii - w 1831 r. Niezależnie od siebie nawzajem stwierdzono, że podczas zmiany pola magnetycznego, pojawiają się prądy krótkotrwałe w liczbie obwodów przewodzących, ale pojawiają się krótkotrwałe prądy, ale efekt jest nieobecny, jeśli pole magnetyczne pozostaje stała. Faraday wierzył, że nie tylko elektryczne, ale także pola magnetyczne to linie energetyczne, które wypełniają przestrzeń. Liczba linii energetycznych pola magnetycznego przekraczającego dowolną powierzchnię S odpowiada wartości F, który nazywa się przepływem magnetycznym:

Gdzie BN jest projekcją pola magnetycznego B do normalnego elementu obszaru DS. Jednostka pomiaru strumienia magnetycznego nazywa się Weber (WB); 1 WB \u003d 1 TL * M2. Faraday został sformułowany przez ustawę na temat EMF, wpisany w zamknięty skręt drutu ze zmieniającym się polem magnetycznym (ustawa indukcji magnetycznej). Zgodnie z tym prawem, taki EMF jest proporcjonalny do szybkości zmian w całkowitym strumieniu magnetycznym przez obrót. W systemie system współczynnika proporcjonalności wynosi 1, a zatem EMF (VOLT) jest równy stopie zmiany strumienia magnetycznego (w WB / s). Matematycznie jest wyrażony przez formułę

W przypadku, gdy znak minus pokazuje, że pola magnetyczne prądów utworzonych przez ten EDC są skierowane, aby zmniejszyć zmianę strumienia magnetycznego. Ta reguła do określania kierunku EMF jest zgodna z bardziej ogólną zasadą sformułowaną w 1833 E.LENZ (1804-1865): wywołany EMF jest kierowany, aby sprzeciwia się jego powstaniu. W przypadku obwodu zamkniętego, w którym występuje prąd, zasada ta może być wyprowadzona bezpośrednio z prawa ochrony energii; Zasada ta jest określona przez kierunek EMF indukującej iw przypadku otwartego obwodu, gdy prąd indukcyjny nie występuje. Jeśli cewka składa się z n obrotów drutu, z których każdy jest penetrowany przez przepływ magnetyczny, a następnie

Ten stosunek jest sprawiedliwy niezależnie od tego, jakie zmiany łańcucha magnetycznego.
Generatory. Zasada działania generatora elektromashic jest pokazana na FIG. 5. Prostokątna cewka drutu obraca się w lewo w polu magnetycznym między słupami magnesów. Końce obrotu są usuwane do pierścieni kontaktowych i są podłączone do zewnętrznego łańcucha przez szczotki kontaktowe. Gdy płaszczyzna obrotu jest prostopadła do pola, przebijając przepływ magnetyczny strumienia magnetycznego. Jeśli płaszczyzna obrotu jest równoległa do pola, strumień magnetyczny wynosi zero. Gdy płaszczyzna chłodnia okazuje się prostopadle do pola, obracając 180 °, strumień magnetyczny przez prąd maksymalny w przeciwnym kierunku. Tak więc, gdy obrócony jest obracanie się, przepływ magnetyczny zmienia się w sposób ciągły i zgodnie z prawem Faraday, napięcie na klima zmienia się.

Aby przeanalizować, co dzieje się w prostym alternatorze prądu naprzemiennego, rozważymy przepływ magnetyczny dodatni, gdy kąt Q mieści się w zakresie od 0 ° do 180 °, a ujemny, gdy q wynosi od 180 ° do 360 °. Jeśli b jest indukcją pola magnetycznego i a - obszar obrotu, następnie przepływ magnetyczny przez rundę będzie równy:

Jeśli cewka obraca się z częstotliwością f (tj. 2pf RAD / S), a następnie po czasie t od początku obrotu, gdy q był równy 0, otrzymujemy Q \u003d 2PFT. Zatem nabyto wyrażenie przepływu przez rundę

Zgodnie z prawem Faraday, sprawdzone napięcie uzyskuje się przez zróżnicowanie przepływu:

Znaki w szczotkach na rysunku pokazują polaryzację napięcia inspekcji w odpowiednim momencie. Cosine waha się od +1 do -1, więc wartość 2PFAB jest po prostu amplituda napięcia; Możesz go wyznaczyć

(Jednocześnie obniżyliśmy znak "minus", zastępując go odpowiednim wyborem polaryzacji konkluzji generatora na FIG. 5.) Na FIG. 6 przedstawia zmianę czasu zmiany w czasie.

Napięcie wytwarzane przez wyżej opisany generator okresowo zmienia swój kierunek na odwrót; To samo odnosi się do prądów utworzonych w obwodach elektrycznych przez to napięcie. Taki generator nazywa się alternatorem. Obecny, zawsze zachowywanie tego samego kierunku, nazywany jest stałą. W niektórych przypadkach, takich jak baterie ładujące, taki prąd jest konieczny. Możesz dwa sposoby otrzymania stałego prądu ze zmiennej. Jednym z nich jest to, że obwód zewnętrzny zawiera prostownik, przekazując prąd tylko w jednym kierunku. Pozwala to wyłączyć generator przez jeden okres półtrwania i uwzględnić tylko w tym okresie połowy, gdy napięcie ma niezbędną polaryzację. Inną metodą jest przełączenie styków podłączającą cewkę z zewnętrznym łańcuchem przez każdy okres połowy, gdy napięcie zmienia biegunowość. Następnie prąd w łańcuchu zewnętrznym będzie zawsze skierowany w jednym kierunku, chociaż napięcie sprawdzone w skręcie zmienia swoją biegunowość. Przełączanie kontaktów jest wykonywane za pomocą zainstalowanych pół-Coltów Collector zamiast bieżących pierścieni zbierających, jak pokazano na FIG. 7, a. Gdy płaszczyzna jest pionowy, szybkość zmiany strumienia magnetycznego, a zatem, sprawdzone napięcie jest upuszczone do zera. W tym momencie szczotki poślizgną się na szczelinie oddzielając dwa półki, a zewnętrzne przełączanie obwodu. Napięcie wynikające z łańcucha zewnętrznego zmienia się, jak pokazano na FIG. 7, b.
Zobacz też Generatory elektromachynowe i silniki elektryczne.

Wzajemna indukcja. Jeśli znajdują się dwie zamknięte cewki drutu, ale elektrycznie nie jest podłączone ze sobą, a następnie zmieniając prąd w jednym z nich, EMF jest ujawniony. Ponieważ strumień magnetyczny przez drugą cewkę jest proporcjonalny do prądu w pierwszej cewce, zmiana tego prądu wiąże się z zmianą strumienia magnetycznego z prowadzeniem odpowiedniego EMF. Cewki można zmienić role, a następnie podczas zmiany prądu w drugiej cewce EDC będzie prowadzony w pierwszej kolejności. EMF, włożony do jednej cewki, jest określony prędkością zmiany prądu w drugiej i zależy od wielkości i liczby obrotów każdej cewki, a także z odległości między cewkami a ich orientacją, jeden w stosunku do drugiego. Zależności te są stosunkowo proste, jeśli w pobliżu nie ma materiałów magnetycznych. Postawa EMC, wywołana w jednej cewce, do szybkości zmiany prądu w drugiej nazywana jest współczynnik wzajemnie indukcji dwóch cewek odpowiadających tym miejscu. Jeżeli wywołane EMF wyraża się w woltach, a prędkość zmiany prądu jest w amperach na sekundę (A / C), wówczas wzajemnie indukcja zostanie wyrażona w Henry (GG). EMF, sprawdzony w cewkach, podano w następujących wzorach:

Gdzie m jest intencją współczynnika dwóch cewek. Cewka podłączona do źródła prądu nazywana jest pierwotną cewką lub uzwojeniem, a drugi jest drugorzędny. Stały prąd w uzwojeniu pierwotnym nie tworzy napięć w drugocie, chociaż w momencie włączenia i wyłączenia bieżącego w drugorzędnym uzwojeniu jest krótko wynikający z EMU. Ale jeśli EMF jest podłączony do uzwojenia pierwotnego, tworząc prąd przemienny w tym uzwojeniu, zmienna EDC jest dobra i w uzwojeniu wtórnym. Zatem uzwojenie wtórne można stosować przez przemienne obciążenie aktywne lub inne obwody bez bezpośredniego łączenia ich do źródła EDC.
Transformatory. Intencję dwóch uzwojeń można znacznie zwiększyć, uznając ich na wspólnym rdzeniu materiału ferromagnetycznego, takiego jak żelazo. Podobne urządzenie nazywa się transformatorem. W nowoczesnych transformatorach rdzeń ferromagnetyczny stanowi zamknięty łańcuch magnetyczny, dzięki czemu prawie cały strumień magnetyczny przechodzi wewnątrz rdzenia, a zatem przez obu uzwojeń. Źródłem zmiennej EDC podłączoną do uzwojenia pierwotnego tworzy przemienny strumień magnetyczny w żelaznym rdzeniu. Ta przepływ rezerwuje zmienne EMF i pierwotnie, oraz w uzwojeniach wtórnych, a maksymalne wartości każdego EDC są proporcjonalne do liczby obrotów w odpowiednim uzwojeniu. W dobrych transformatorach opór uzwojenia jest tak mały, że EMF, wywołany w uzwojeniu pierwotnym, prawie zbiega się z zastosowanym napięciem, a różnica potencjalna w konkluzji uzwojenia wtórnych prawie pokrywa się z indukowanym w nim EMF. W związku z tym stosunek spadku napięcia w obciążeniu wtórnego uzwojenia do napięcia stosowanego do uzwojenia pierwotnego jest równe stosowaniu liczby skrętów w uzwojeniach wtórnych i pierwotnych, które zwykle jest napisane w formie równości

W przypadku gdy V1 jest spadkiem napięcia na obrębie N1 uzwojenia pierwotnego, a V2 jest spadkiem napięcia na obrębie N2 wtórnego uzwojenia. W zależności od stosunku liczby obrotów w uzwojeniach pierwotnych i wtórnych, zwiększanie i niższe transformatory różnią się. Stosunek N2 / N1 jest większy niż jednostki w zwiększonych transformatorach i mniejszej niż jednostka w obniżaniu. Dzięki transformatorom możliwe jest ekonomiczna transmisja energii elektrycznej na duże odległości.
Zobacz też Transformator elektryczny. Samodzielna indukcja. Prąd elektryczny w oddzielnej cewce tworzy również strumień magnetyczny, który przenika tę cewkę. Jeśli prąd w cewce zmienia się w czasie, strumień magnetyczny przez cewkę zostanie zmieniona, przemieszcza go w ten sam sposób, w jaki dzieje się tak, gdy transformator działa. Pojawienie się EMF w cewce, gdy zmieniając prąd, nazywa się samodzielną indukcją. Improtion wpływa na bieżące w cewce. Podobnie, bezwładność jest pod wpływem ruchu organów w mechanice: spowalnia ustawienie DC w łańcuchu, gdy jest włączony i uniemożliwia go z chwilowego zatrzymania, gdy jest włączony poza. Służy również jako iskry występujące między kontaktami wyłączników, gdy obwód jest zamazany. W obwodzie AC samodzielna indukcja tworzy reaktywną odporność, która ogranicza amplitudę bieżącego. W przypadku braku materiałów magnetycznych w pobliżu stałej cewki, przepływ magnetyczny, który przenika, że \u200b\u200bjest proporcjonalny do prądu w łańcuchu. Zgodnie z prawem Faraday (16) EMF indukcji samokształtu powinno być w tym przypadku proporcjonalne do bieżącej stopy zmian, tj.

Gdzie L jest współczynnikiem proporcjonalności, zwany indukcją siebie lub indukcyjną łańcucha. Wzór (18) można uznać za określenie wartości L. Jeśli wskaźnik fabryczny jest wyrażony w woltach, prąd I - w amperach i czasie T - w sekundach, będzie mierzona w Henry (GG). Znak minus wskazuje, że EMF sprzeciwia się zwiększeniu obecności I, jak wynika z prawa Lenzi. EMF zewnętrzny, pokonywanie Self-Indukcja EMF, powinien mieć znak plus. Dlatego w przemiennych obwodach prądu, spadek napięcia w indukcyjności jest L DI / DT.
Zmienne Toki.
Jak już wspomniano, prądy zmienne są prądy, których okresowo zmienia się kierunek. Liczba okresów cyklicznych zmian prądu na sekundę nazywana jest częstotliwością AC i mierzy się w Hercie (Hz). Energia elektryczna jest zwykle dostarczana do konsumenta jako AC o częstotliwości 50 Hz (w Rosji oraz w krajach europejskich) lub 60 Hz (w USA). Ponieważ przemienne zmiany prądu w czasie, proste sposoby rozwiązywania problemów odpowiednich dla obwodów DC tutaj są bezpośrednio zastosowane. Przy bardzo wysokich częstotliwościach opłaty mogą wykonywać ruch oscylacyjny - przepływ z jednego łańcucha do innych i z powrotem. Jednocześnie, w przeciwieństwie do obwodów DC, prądy w sekwencyjnie podłączonych przewodach mogą być nierówne. Możliwości obecne w przemiennych obwodach prądu zwiększają ten efekt. Ponadto, gdy zmieniając prąd, wpływają efekty samodzielne indukcyjne, które stają się niezbędne nawet przy niskich częstotliwościach, jeśli cewki są używane z wysoką indukcyjnością. W stosunkowo niskich częstotliwościach obwodu AC nadal możliwe jest obliczenie reguł Kirchhoff, który jednak musi być odpowiednio modyfikowany. Łańcuch, który obejmuje różne rezystory, indukci i cewki skondensowe, można uznać, że składał się z uogólnionego rezystora, kondensatora i induktorów podłączonych sekwencyjnie. Rozważ właściwości takiego obwodu podłączonego do sinusoidalnego generatora prądu przemiennego (rys. 8). Aby sformułować reguły, aby obliczyć obwód AC, należy znaleźć stosunek między spadkiem napięcia a prądem dla każdego z elementów takiego łańcucha.

Kondensator gra zupełnie inną rolę w łańcuchach zmiennych i ciągłych prądów. Jeśli na przykład do łańcucha na FIG. 8 Podłączyć element elektrochemiczny, skraplacz rozpocznie ładowanie, aż stanie się równa elemnie EDC. Następnie zatrzymuje się ładowanie, a prąd spadnie do zera. Jeśli obwód jest podłączony do generatora AC, w jednym półpatrytkowniku elektrony wypłynie z lewej krawędzi skraplacza i gromadzą się po prawej, a w drugim - przeciwnie. Te ruchome elektrony są prądem przemiennym, której siłę jest taka sama po obu stronach skraplacza. Podczas gdy zmienna częstotliwość prądu nie jest zbyt duża, bieżący przez rezystor i cewkę indukcyjną jest również takie same.
Reaktywny i pełny odporność. Aby przeanalizować stosunek między prądem a napięciem dla konturu pokazanego na FIG. 8, założyć, że ładunek na lewej płycie kondensatora podaje się przez wyrażenie

A ładowanie na prawej tablicy jest q. Tutaj q jest maksymalnym ładunkiem (CL), T - czas (C) i W \u003d 2PF, gdzie f jest częstotliwością AC (Hz). Prąd za pomocą każdego elementu łańcucha to:

W przypadku, gdy maksymalny prąd IMasy jest równy w q. spadek zmiennej napięcia na skraplaczu to:

Zgodnie z prawem OHM spadek napięcia na rezystorze podaje się przez ekspresję

Spadek napięcia całego łańcucha z A do B to:

lub

Gdzie

co więcej

Wartość XL nazywana jest odpornością na indukcyjną i wyraża się w Omah, jeśli L - w Henry; Wartość XC nazywana jest odpornością na pojemnościową i jest wyrażona w Omah, jeśli C jest w Faradach. Całkowita odporność na reaktywność łańcucha X jest również wyrażona w OMA. Formuła (19) może być wniesiona do prostego i jaśniejszego, wykorzystując tożsamość trygonometryczną COS (A + B) \u003d Cos A Cos B - Sin Sin B. Ponieważ R i X są wyrażone w OHM, można je uznać za cewetę trójkąta prostokątnego, aby określić kąt Q (rys. 9). Przeciwprostokątna

Nazywa się, że pełny opór (impedancja) połączenia szeregowego. Na rys. 9 przedstawia kompletny trójkąt oporowy, z którego wydaje się, że R \u003d Z COS Q, X \u003d Z SIN Q i TG Q \u003d X / R. Wyrażenie (19) można przepisać w postaci V \u003d IMAXZ (COS Q COS W T - SIN Q SIN W T), co zmniejsza do ekspresji

Jeśli używasz powyższej tożsamości trygonometrycznej; Wyrażenie (21) można przepisać w formie

Gdzie

Z formuły (21) Wynika z tego, że napięcie V na klipach łańcucha jest maksymalne, jak to możliwe w T \u003d -Q / W, podczas gdy prąd I jest maksymalny w T \u003d 0, tj. Prąd opóźnia się za fazą z napięcia do kąta q. W ten sposób bieżące opóźnia się za fazą napięcia, jeśli przeważa opór indukcyjny, tj. Jeśli XL jest większy niż XC. Prąd wyprzedza napięcie, jeśli dominuje oporność na pojemność, tj. Xc więcej xl. Należy zauważyć, że relacja (22) różni się od prawa OL tylko przez fakt, że w nim aktywny odporność R jest zastępowany przez pełną odporność Z. Jeśli opór R, a maksymalny spadek napięcia na zaciskach łańcuchowych są obsługiwane Przez stały, wtedy najwyższa wartość maksymalnego prądu IMAX spełnia równość dwóch reaktywnych odporności. Jeśli indukcyjność i pojemność są również stałe, można osiągnąć równość reaktywnej odporności, zmieniając częstotliwość prądu przemiennego. Osiąga się to z częstotliwością kołową

W tym przypadku mówią o rezonansowym ustawieniu łańcucha.

Nadano założono, że ustalono prąd przemienny w łańcuchu. W rzeczywistości przy podłączeniu obwodu do źródła napięcia napięcia występują w nim procesy przejściowe. Jeśli odporność na łańcuch nie jest znikomy, prądy przejściowe wybierają energię w postaci ciepła w rezystorze i szybko znikają, po czym stacjonarny przemienny tryb prądu jest ustawiony, co miało być wyższe. W wielu przypadkach przemijające procesy w przemiennych obwodach można pominąć. Jeśli muszą być brane pod uwagę, konieczne jest zbadanie równania różnicowego opisującego obecną zależność od czasu.
Skuteczne wartości. Głównym zadaniem pierwszych elektrowni okręgowych było zapewnienie pożądanego ciepła gwintów lamp oświetleniowych. Dlatego kwestia skuteczności stosowania dla tych łańcuchów ciągłych i przemiennych prądów. Według wzoru (7), do energii elektrycznej przekształcającym się w ciepło w rezystorze, rozpraszanie ciepła jest proporcjonalne do kwadratu prądu. W przypadku AC rozpraszanie ciepła w sposób ciągły waha się z natychmiastową wartością prądu dla prądu bieżącej siły. Jeśli prąd zmienia się w zależności od prawa sinusoidalnego, wtedy uśredniona wartość chwilowego prądu równa pół kwadratowi maksymalnego prądu, tj.

Kwadratowy korzeń z tej wartości nazywany jest skuteczną wartością zmienną. W związku z tym skuteczna wartość sił AC jest równa:

Powinno to być stały prąd, aby zapewnić to samo ogrzewanie żarnika jako prąd naprzemienny z amplitudem IMAX. Oczywiście amplituda napięcia napięcia na żarowej lampie musi być więcej niż odpowiednie napięcie stałego. Zatem skuteczna wartość napięcia prądu naprzemiennego jest zdefiniowana jako

Zgodnie z wzorem (22) impedancja obwodu AC jest równa:

W przypadku braku elementów strumieniowych w łańcuchu, mamy z \u003d R i R \u003d V / I, wydaje się, że stosunek między efektywnymi napięciem a wartościami prądu w obwodzie AC okazuje się tak samo jak w Obwód DC. Moc wchodzący do obwodu seryjnego, wyrażona przez efektywne wartości prądu i napięcia, jest równe:

Ponieważ moc zwolniona w obwodzie DC jest P \u003d VI, wartość COS Q nazywana jest współczynnikiem mocy. Ale V \u003d IZ i R \u003d Z COS Q (rys. 9). Zatem moc wydzielana przez prąd przemienny w obwodzie seryjnym jest równa:

W przypadku gdy widać, że cała moc jest wydawana na ogrzewanie rezystora, natomiast w kondensatorze i indukcyjności, moc nie jest wchłaniana. Prawdziwe, prawdziwe cewki indukcyjności nadal pochłaniają trochę mocy, zwłaszcza jeśli mają żelazny rdzeń. W przypadku ciągłej rekultywacji żelazny rdzeń jest ogrzewany - częściowo wstrzyknięty w prądy żelaza, a częściowo ze względu na tarcie wewnętrzne (histereza), co zapobiega rekultyzacji. Ponadto indukcyjność może powodować prądy w schematach znajdujących się w pobliżu. Podczas pomiaru obwodów przemiennych, wszystkie te straty wyglądają jak utrata mocy w oporze. Dlatego też odporność tego samego łańcucha do AC jest zwykle nieco większa niż stała, i jest określona przez utratę mocy:

Aby elektrownia była do pracy ekonomicznie, straty termiczne w linii zasilającej (LEP) powinny być wystarczająco niskie. Jeśli komputer jest zasilaniem dostarczonym do konsumenta, a następnie PC \u003d VCI zarówno dla prądu stałego, jak i przemiennego, ponieważ z odpowiednim obliczeniem wartość COS może być równa jedna. Straty mocy będą pl \u003d RLI2 \u003d RLPC2 / VC2. Ponieważ do okrążenia wymagane są co najmniej dwa długości przewodów L, jego odporność jest RL \u003d R2L / A. W tym przypadku straty strat

Jeśli przewody są wykonane z miedzi, specyficzna rezystancja R, który jest minimalnie, numeryczny nie pozostaje wartości, które mogą być znacznie zmniejszone. Jedynym praktycznym sposobem na zmniejszenie strat jest zwiększenie VC2, ponieważ stosowanie przewodów o dużej powierzchni przekroju poprzecznego A jest nieopłacalne. Oznacza to, że moc powinna być przesyłana jako możliwie wysokie napięcie. Konwencjonalne generatory prądu elektromaszycznego działające przez turbiny nie mogą wytworzyć bardzo wysokiego napięcia, który nie wytrzyma ich izolacji. Ponadto ultra-wysoki napięcie jest niebezpieczne dla personelu serwisowego. Jednak napięcie prądu naprzemiennego wygenerowanego przez elektrownię jest możliwe do transmisji na lam, aby zwiększyć za pomocą transformatorów. Na drugim końcu pasażera zasilania konsument używa transformatorów, które zapewniają wydajność bardziej bezpiecznego i praktycznego niskiego napięcia. Obecnie napięcie na kolanach osiąga 750 000 V.
Świetna Encyklopedyczna Wikipedia Wikipedia Dictionary Czytaj więcej Czytaj więcej