Electricitate și magnetism
Electricitate și magnetism
Secțiunea de fizică care acoperă cunoștințele de electricitate statică, curenții electrici și fenomene magnetice.
ELECTROSTATICĂ
Electrostatica adresează fenomenelor asociate cu restul încărcăturilor electrice. Prezența forțelor care acționează între astfel de taxe a fost observată în timpul lui Homer. Cuvântul "electricitate" vine de la elektronul grec (chihlimbar), deoarece primele povești de electrificare a fricțiunii descrise în fricțiune sunt conectate cu acest material. În 1733 sh. Dufe (1698-1739) a descoperit că există taxe electrice de două tipuri. Taxele de același tip sunt formate pe supratensiune, dacă le-a frecat cu o cârpă de lână, încărcăturile unui alt tip - pe geam, dacă îl frecă cu mătase. Aceleași taxe sunt respinse, diferite - atrage. Taxele de diferite tipuri, conectarea, neutralizarea reciprocă. În 1750 B. Franklin (1706-1790) a dezvoltat teoria fenomenelor electrice bazate pe presupunerea că toate materialele conțin un fel de "lichid electric". El a crezut că, cu fricțiunea a două materiale, o parte din acest fluid electric se mișcă de la unul la altul (în timp ce cantitatea totală de fluid electric este salvată). Excesul de fluid electric din organism îl informează sarcina de un singur tip, iar dezavantajul său se manifestă ca prezență a unei încărcături de alt tip. Franklin a decis că, când a frecat Surguche, vana de lână are o anumită cantitate de fluid electric. Prin urmare, el a numit acuzația de Surghe negativ. Viziunile lui Franklin sunt foarte apropiate de ideile moderne, conform căreia electrificarea prin frecare se datorează fluxului de electroni de la unul dintre corpurile de conducere la altul. Dar, din moment ce, în realitate, electronii curg din lână pe surgasch, un exces are loc în Surgium, și nu o lipsă a acestui fluid electric, care este acum identificat cu electroni. În Franklin, nu a existat nici o modalitate de a determina în ce direcție curge fluidul electric și suntem obligați prin alegerea sa nereușită prin faptul că acuzațiile de electroni s-au dovedit a fi "negative". Deși un astfel de semn de încărcare cauzează o anumită confuzie în studiul subiectului, această convenție este prea ferm înrădăcinată în literatură pentru a vorbi despre schimbarea semnului de încărcare într-un electron după ce proprietățile sale au fost deja studiate. Utilizarea tweeters dezvoltată de G. Cavendish (1731-1810), în 1785 sh. Cylon (1736-1806) a arătat că forța care acționează între taxele electrice de două puncte este proporțională cu produsul valorilor acestor încărcături și este invers proporțional cu pătratul distanței dintre ele, și anume:
În cazul în care F este forța cu care încărcătura Q respinge încărcarea aceluiași semn Qў și R este distanța dintre ele. Dacă semnele de încărcare sunt opuse, forța F este negativă, iar taxele nu sunt respinse, ci se atrag reciproc. Coeficientul de proporționalitate K depinde de măsurarea unităților F, R, Q și Q. "
Unitățile de măsurare a taxei nu exista inițial, dar legea coulonului face posibilă introducerea unei astfel de unități. Această unitate de măsurare a încărcăturii electrice este atribuită denumirii "Pandantiv" și Desemnarea abreviată CL. Un pandantiv (1C) este o taxă care rămâne pe un corp neutru inițial din punct de vedere electric după îndepărtarea a 6,242 x 1018 de electroni din acesta. Dacă în formula (1) de încărcături q și Q "sunt exprimate în coulons, F - în Newton și R - în metri, apoi K" 8,9876 * 10 9 H * M2 / CL2, adică Aproximativ 9 * 10 9N * m2 / cl2. De obicei, în loc de k utilizează constanta E0 \u003d 1 / 4pk. Deși expresia pentru legea Culon este ușor complicată, acest lucru ne permite să facem fără un multiplicator 4P în alte formule care sunt utilizate mai des decât legea Culonului.
Mașini electrostatice și Leiden Bank. Mașina pentru obținerea unei încărcături statice de o mărime mare prin frecare a inventat aproximativ 1660 O. Herica (1602-1686), care a descris noile sale experimente pe spațiul gol (de vacuo spatio, 1672). În curând au apărut alte opțiuni pentru o astfel de mașină. În 1745, E. Kleist din Cammin și indiferent de el, P. Muschenbruck de la Leiden a constatat că fundul de sticlă, așezat din interiorul și în afara materialului conductiv, poate fi folosit pentru a acumula și depozitarea încărcăturii electrice. Borcanele de sticlă prevăzute din folia interioară și din exterior sunt așa-numitele bănci Leiden - au fost primii condensatori electrici. Franklin a arătat că, la încărcarea băncii Leiden, stratul exterior al foliei de tablă (în aer liber) dobândește încărcarea unui semn, iar apariția internă este egală cu valoarea semnului opus. Dacă ambele plăci încărcate sunt afișate în contact sau conectate de conductor, încărcăturile dispar complet, ceea ce indică neutralizarea lor reciprocă. De aici rezultă că acuzațiile sunt mișcate în mod liber de-a lungul metalului, dar nu se pot mișca în jurul paharului. Materialele tipului de materiale pentru încărcături sunt mutate liber, au fost numite fire și materiale de tip de sticlă, prin care taxele nu trece, sunt izolatoare (dielectrice).
Dielectrice. Dielectricul perfect este materialul, al cărui încărcături electrice interne sunt asociate atât de ferm încât nu este capabil să efectueze un curent electric. Prin urmare, poate servi ca un izolator bun. Deși în natură nu există dielectrice ideale, conductivitatea multor materiale izolante la temperatura camerei nu depășește 10-23 conductivitate de cupru; În multe cazuri, o astfel de conductivitate poate fi considerată egală cu zero.
Condiții. Structura cristalină și distribuția electronilor în conductoarele solide și dielectrice sunt similare unul cu celălalt. Principala diferență constă în faptul că în dielectrică toți electronii sunt strâns legați de nucleele corespunzătoare, în timp ce în dirijor există electroni care se află în carcasa exterioară a atomilor care se pot mișca liber pe cristal. Astfel de electroni sunt numiți electroni liberi sau electroni de conducere, deoarece sunt taxe de putere. Numărul de electroni de conductivitate pe atom de mettle depinde de structura electronică a atomilor și de gradul de perturbare a cochilii electronice exterioare ale atomului vecinilor săi de-a lungul zăbrelei de cristal. La elementele primului grup din sistemul periodic de elemente (litiu, sodiu, potasiu, cupru, rubidium, argintiu, cesiu și aur) cochilii electronice interne sunt umplute cu întreg, iar în carcasa exterioară există un singur electron. Experimentul a confirmat că aceste metale au un atom, numărul de electroni de conductivitate aproximativ egal cu unul. Cu toate acestea, pentru majoritatea metalelor, alte grupuri se caracterizează printr-o valoare fracționată medie a numărului de electroni de conductivitate per atom. De exemplu, elemente tranzitorii - nichel, cobalt, paladiu, rheniiu și majoritatea aliajelor lor - numărul de electroni de conductivitate pe atom este de aproximativ 0,6. Numărul transportatorilor curenți din semiconductori este mult mai mic. De exemplu, în Germania la temperatura camerei este de aproximativ 10-9. Numărul extrem de mic de mass-media din semiconductori duce la apariția multor proprietăți interesante.
Consultați fizica solidă;
Dispozitive electronice semiconductoare;
Tranzistor. Fluctuațiile termice ale zăbrelei cristaline din metal suportă mișcarea constantă a electronilor de conductivitate, viteza de care la temperatura camerei atinge 106 m / s. Deoarece acest lucru este chatic, nu duce la un curent electric. Când câmpul electric se suprapune, apare o mică drift comun. Această drificare a electronilor liberi în explorator este un curent electric. Deoarece electronii sunt încărcați negativ, direcția curentă este opusă direcției de drift.
Diferenta potentiala. Pentru a descrie proprietățile condensatorului, este necesar să se introducă conceptul de diferență potențială. Dacă există o taxă pozitivă pe un condensator, iar pe cealaltă este o sarcină negativă a aceleiași valori, apoi pentru transferul unei porțiuni suplimentare a unei încărcături pozitive cu un atașament negativ la unul pozitiv, este necesar să se opună forțele de atracție din taxele negative și repulsia pozitivă. Diferența potențială dintre plăci este definită ca raportul dintre lucrările la transferul unei taxe de încercare la amploarea acestei încărcături; Se presupune că taxa de încercare este semnificativ mai mică decât sarcina, care a fost inițial pe fiecare placă. Mai multe formulări modificate, este posibilă determinarea diferenței potențiale dintre oricare două puncte, care poate fi oriunde: pe un fir cu un curent, pe plăci diferite de condensare sau pur și simplu în spațiu. Această definiție este de asemenea: diferența potențială dintre cele două puncte de spațiu este egală cu raportul de funcționare cheltuit pentru mișcarea unei taxe de testare dintr-un punct cu un potențial mai mic până la un punct cu un potențial mai mare, la valoarea procesului încărca. Se presupune din nou că taxa de testare este suficient de mică și nu încalcă distribuirea taxelor, creând o diferență potențială măsurabilă. Diferența potențială V este măsurată în volți (b), cu condiția ca munca W să fie exprimată în Joules (J), iar taxa Q este în coulons (CI).
Capacitate. Capacitatea condensatorului este egală cu raportul dintre valoarea absolută a încărcăturii pe oricare dintre cele două plăci (vom reaminti că acuzațiile lor diferă numai pentru a fi familiarizați) la diferența potențială dintre plăci:
Capacitatea C este măsurată în farade (F) dacă Q este pronunțat în coulute (CI), iar diferența potențială este în Volta (b). Două unități doar de măsurare, Volți și Farad sunt numite astfel încât în \u200b\u200bonoarea oamenilor de știință A. Volti și M. Ferady. Faraday sa dovedit a fi atât de mare încât capacitatea majoritorilor este exprimată în micropraide (10 -6 φ) sau picofarade (10 -12 F).
Câmp electric. În apropierea încărcăturilor electrice există un câmp electric, valoarea căreia în acest moment este egală cu definiția, raportul dintre forța care acționează asupra taxei de testare a punctului plasate în acest moment la valoarea taxei de testare, din nou, cu condiția ca aceasta Taxa de testare este suficient de mică și nu schimbă distribuția taxelor care creează un câmp. Conform acestei definiții, puterea F și fortarea câmpului electric este conectată prin raport
Faraday a introdus o idee despre liniile electrice ale câmpului electric care începe cu pozitiv și se încheie cu taxe negative. În acest caz, densitatea (densitatea) liniilor electrice este proporțională cu rezistența câmpului și direcția de direcție în acest moment coincide cu direcția tangentă la linia de alimentare. Mai târziu, K. Gauss (1777-1855) a confirmat validitatea acestui ghicit. Pe baza pătratelor inverse stabilite de pandantiv (1), a arătat cu strictețe că liniile electrice, dacă le construiesc în conformitate cu opiniile lui Faraday, sunt continuu peste tot într-un spațiu gol, începând cu acuzații pozitive și terminând cu negative . Această generalizare a primit numele de Theorem Gauss. Dacă numărul total de linii electrice care provin din fiecare încărcare Q este Q / E0, atunci densitatea liniilor în orice moment (adică raportul dintre numărul de linii care traversează tamponul imaginar mic de dimensiuni plasate în acest punct perpendicular la ele, în zona acestui site) egale cu magnitudinea rezistenței câmpului electric în acest moment, exprimate fie în N / CI, fie în / m. Cel mai simplu condensator este două plăci conductive paralele situate aproape unul de celălalt. La încărcarea condensatorului, plăcile dobândesc același, dar opuse semnului de încărcare, distribuite uniform pe fiecare dintre plăci, cu excepția marginilor. Conform teoremei Gauss, rezistența câmpului dintre aceste plăci este constantă și este egală cu E \u003d Q / E0A, unde Q este o încărcare pe o placă încărcată pozitiv și o zonă de plăci. Datorită determinării diferenței de potențiale, avem V \u003d Ed, unde D este distanța dintre plăci. Astfel, V \u003d QD / E0A și recipientul unui astfel de condensator paralel este egal cu:
Unde C este exprimat în faradele și, respectiv, A și D, în M2 și M.
DC
În 1780 L. Galvani (1737-1798), a observat că acuzația iubită de la mașina electrostatică la laba unei broaște moarte determină laba să se tragă brusc. Mai mult decât atât, labele broască, fixate deasupra plăcii de fier pe un fir de alamă introduse în măduva spinării, i-au bătut ori de câte ori au atins plăcile. Galvani a explicat corect acest lucru prin faptul că taxele electrice, care trec prin fibrele nervoase, fac mușchii broaștei de broască. Această mișcare de mișcare a fost numită galvanizată. După experimentele efectuate prin galvanizare, Volta (1745-1827) au inventat așa-numitele volți ale stâlpului - o baterie galvanică făcută din mai multe elemente electrochimice conectate succesiv. Bateria sa a constat în cercuri alternative de cupru și zinc separate prin hârtie umedă și a permis să observe aceleași fenomene ca o mașină electrostatică. Repetarea experimentelor din Volta, Nikolson și Karlal în 1800 au constatat că este posibil să se aplice cupru din soluția de sulfat de cupru la conductorul de cupru. W. Vollarston (1766-1828) a primit aceleași rezultate cu ajutorul unei mașini electrostatice. M. Faraday (1791-1867) a arătat în 1833 că masa elementului obținut prin electroliza produsă de această cantitate de încărcare este proporțională cu masa sa atomică împărțită la valență. Această dispoziție se numește acum Legea Faraday pentru Electroliză. Deoarece curentul electric este transferul încărcăturilor electrice, determinați în mod natural unitatea forței curentă ca o încărcătură în coulons, care are loc în fiecare secundă pe acest site. Puterea actualului 1 celulă / s a \u200b\u200bfost numită Ampere în onoarea lui A. Ampere (1775-1836), care a deschis multe efecte importante asociate cu efectul curentului electric. Ohm Legea, rezistența și rezistența. În 1826, OM (1787-1854) a anunțat o nouă deschidere: curentul într-un conductor metalic, atunci când este introdus în lanțul fiecărei secțiuni suplimentare a stâlpului Voltov, a crescut cu aceeași magnitudine. A fost generalizată sub forma Legii Ohm. Deoarece diferența potențială creată de postul Volt este proporțională cu numărul de secțiuni incluzive, această lege susține că diferența dintre potențialul V între două puncte ale conductorului, împărțită la curent I în conductor, este constantă și independentă de V sau I. atracție
Se numește rezistența conductorului pe complot între cele două puncte. Rezistența este măsurată în OMAH (OM), dacă diferența de potențial V este exprimată în volți, iar curentul I este în amperi. Rezistența conductorului metalic este proporțională cu lungimea L și invers proporțională cu zona și secțiunea sa transversală. Rămâne constantă, în timp ce temperatura sa este constantă. De obicei, aceste dispoziții sunt exprimate prin formula
Unde R este o rezistivitate (OMHM), în funcție de materialul conductorului și de temperatura acestuia. Coeficientul de temperatură al rezistivității este definit ca schimbarea relativă a valorii R atunci când temperatura se schimbă cu o singură măsură. Tabelul prezintă valorile rezistivității și coeficienților de temperatură ai rezistenței unor materiale convenționale, măsurate la temperatura camerei. Impedanțele specifice ale metalelor pure sunt de obicei mai mici decât cele ale aliajelor, iar coeficienții de temperatură sunt mai mari. Rezistivitatea dielectricilor, în special sulful și mica, mult mai mare decât metalele; Raportul atinge valoarea din 1023. Coeficienții de temperatură de dielectrică și semiconductori sunt negativi și au valori relativ mari.
Efectul termic al curentului electric. Efectul termic al curentului electric a fost observat pentru prima dată în 1801, când curentul a reușit să se topească diverse metale. Prima utilizare industrială a acestui fenomen se referă la 1808 când s-a propus pulbere electrogenată. Primul arc de cărbune, destinat încălzirii și iluminatului, a fost expus la Paris în 1802. Policii pilonului Voltov, care numărau 120 de elemente, electrozi conectați din cărbune și când ambii electrozi de cărbune au fost adusi în contact și apoi divorțați, "Luminozitatea exclusivă a descărcării spumante". Explorarea efectului termic al curentului electric, J. Joule (1818-1889) a efectuat un experiment care a eșuat baza solidă în conformitate cu legea conservării energiei. Joule a arătat mai întâi că energia chimică care este cheltuită pentru menținerea în conductorul curent este aproximativ egală cu cantitatea de căldură eliberată în conductor în timpul pasajului curent. De asemenea, a constatat că căldura eliberată în conductor este proporțională cu pătratul pentru forța curentă. Această observație este compatibilă atât cu legea OHM (V \u003d IR), cât și cu determinarea diferenței potențiale (V \u003d W / Q). În cazul unui curent direct, în timpul T T prin conductor, taxa Q \u003d trece. Prin urmare, energia electrică care sa transformat într-un conductor la căldură este egală cu:
Această energie se numește Jowle Warmh și este exprimată în Jouli (J), dacă curentul I este exprimat în Amperes, R - în Omeh și în secunde. Surse electrice pentru circuitele DC. Când se produce circuitul curent electric constantă, există o transformare la fel de constantă a energiei electrice la căldură. Pentru a menține actualul, este necesar ca energia electrică să fie produsă în unele părți ale lanțului. Pilonul Volt și alte surse de curent chimic transformă energia chimică în electric. În secțiunile ulterioare, sunt discutate și alte dispozitive care produc energie electrică. Toate acestea acționează ca și "pompele electrice" care deplasează încărcăturile electrice împotriva acțiunii forțelor care curg de un câmp electric constant. Un parametru important al sursei curente este forța electromotivă (EMF). EMF al sursei de curent este definit ca fiind diferența potențială a clemelor sale în absența curentului (cu un lanț extern deschis) și este măsurată în volți.
Termoelectricitatea. În 1822, T. Seebek a descoperit că în lanțul compus din două metale diferite, curentul apare dacă un punct al conexiunii lor este fierbinte. Un astfel de lanț este numit termoelement. În 1834, J. Peltier a constatat că, atunci când curentul trece prin rotirea a două metale într-o singură direcție, căldura este absorbită, iar în cealaltă - este alocată. Mărimea acestui efect reversibil depinde de materialele care se încadrează și de temperatura acestuia. Fiecare vârf al termoelementului posedă EJ \u003d WJ / Q, unde WJ este o energie termică care se transformă în electrice într-o direcție a mișcării Q. sau a energiei electrice care se transformă în căldură atunci când încărcarea se deplasează într-o altă direcție. Aceste ECD sunt opuse direcției, dar de obicei nu sunt egale unul cu celălalt dacă temperatura cadranului diferă. W. Thomson (1824-1907) a constatat că EMF complet al termoelementului nu este pliat de la două, ci de la patru eds. În plus față de EMF, apărută în spa, există două EMF-uri suplimentare cauzate de scăderea temperaturii pe conductor care formează termoelementul. Li sa dat numele Eds Thomson.
Efectele Seebek și Peltier. Thermoelementul este o "mașină termică", într-o anumită atitudine similară cu generatorul actual, citată turbină cu abur, dar fără părți în mișcare. Ca un turbogenerator, se transformă căldura în energie electrică, selecționându-l din "încălzitor" cu o temperatură mai mare și oferind o parte din acest "frigider" cu o temperatură mai scăzută. În termoeelectru, acționând ca o mașină termică, "încălzitorul" este la spa fierbinte, iar "Frigiderul" este rece. Faptul că căldura cu o temperatură mai scăzută este pierdută, limitează eficiența teoretică a transformării energiei termice în valoarea electrică (T1 - T2) / T1 unde T1 și T2 este temperaturile absolute ale "încălzitorului" și "frigiderului". Scăderea suplimentară a eficienței termoelementului se datorează pierderii de căldură datorată transferului de căldură de la "încălzitor" la "frigider".
Vezi căldura; Termodinamică. Transformarea căldurii în energia electrică care apare în termoelement este numită de obicei efectul Sevebeck. Elementele termice, numite termocupluri, sunt utilizate pentru a măsura temperatura, în special în locurile greu accesibile. Dacă o laba este într-un punct controlat, iar celălalt la temperatura camerei, care este cunoscut, Thermo-EMF servește ca măsură de temperatură la un punct controlat. Succesele mari sunt realizate în domeniul termoelementelor pentru a direcționa transformarea căldurii în electricitate la scară industrială. Dacă prin termoeelectru pentru a sări peste curentul de la sursa externă, atunci spionul rece va absorbi căldura și o alocă cald. Un astfel de fenomen se numește efect Peltier. Acest efect poate fi utilizat fie pentru răcire cu spa rece, fie pentru încălzire cu spargere fierbinte. Energia termică, evidențiată de reproducerea la cald, este mai mult decât cantitatea totală de căldură furnizată la spa-ul rece, cu valoarea corespunzătoare energiei electrice. Astfel, Hot Spay evidențiază mai multă căldură decât ar corespunde cantității totale de energie electrică furnizată dispozitivului. În principiu, un număr mare de termoelemente conexe succesive, ale căror spaniile reci sunt derivate spre exterior, iar camerele fierbinți sunt în interiorul camerei, pot fi utilizate ca o pompă de căldură care pompează căldură de la o regiune de temperatură mai mică la o zonă de temperatură mai mare. Teoretic, câștigurile în energia termică comparativ cu costul energiei electrice pot fi T1 / (T1 - T2). Din păcate, pentru majoritatea materialelor, efectul este atât de mic încât ar exista prea multe termoelemente în practică. În plus, aplicabilitatea efectului Peltier limitează oarecum transferul de căldură de la spa fierbinte la frig, datorită conductivității termice în cazul materialelor metalice. Studiile privind semiconductorii au condus la crearea de materiale cu efecte de pelitate suficient de mari pentru o serie de aplicații practice. Efectul Peltier se dovedește a fi deosebit de valoros, dacă este necesar, răcirea zonelor greu accesibile, unde metodele obișnuite de răcire nu sunt adecvate. Cu ajutorul unor astfel de dispozitive, dispozitivele sunt răcite, de exemplu, instrumente în nava spațiale.
Efecte electrochimice. În 1842, Helmholtz a demonstrat că, în sursa tipului de pilon Voltov, energia chimică se transformă în electric, iar în procesul de electroliză, energia electrică se transformă într-o substanță chimică. Sursele chimice de tip curent de elemente uscate (baterii obișnuite) și bateriile au fost extrem de practice. La încărcarea bateriei cu un curent electric de valoare optimă, cea mai mare parte a energiei electrice raportate transformă în energie chimică care poate fi utilizată atunci când bateria este descărcată. Și când se încarcă și când bateria este descărcată, o parte a energiei este pierdută sub formă de căldură; Aceste pierderi termice se datorează rezistenței interne a bateriei. EMF a unei astfel de surse actuale este egală cu diferența potențială pe clemele sale sub un circuit deschis, când nu există o scădere de tensiune IR pe rezistența interioară.
Circuite DC. Pentru a calcula puterea DC într-un lanț simplu, puteți utiliza legea deschisă de OHOM atunci când coloana Voltov este studiată:
Unde R este rezistența la lanț și sursa V-EDC. Dacă mai multe rezistoare cu rezistențe R1, R2, etc. Conectat în mod consecvent, atunci, în fiecare dintre acestea, actualul I al aceluiași și diferența totală este egală cu suma diferențelor potențiale individuale (figura 1, a). Rezistența comună poate fi definită ca rezistența conexiunii seriale RS a grupului de rezistor. Diferența dintre potențialul acestui grup este egală
Prin urmare,
Dacă rezistențele sunt conectate în paralel, diferența potențială a grupului coincide cu diferența dintre potențialul pe fiecare rezistor unic (figura 1, b). Curentul complet printr-un grup de rezistori este egal cu suma curenților prin rezistențe individuale, adică
De la I1 \u003d V / R1, I2 \u003d V / R2, I3 \u003d V / R3, etc., rezistența conexiunii paralele a grupului RP este determinată de raport
Unde urmează
La rezolvarea problemelor cu circuitele DC de orice tip, trebuie să simplificați mai întâi sarcina, utilizând relațiile (9) și (10).
Legile lui Kirchhoff. Kirchhof (1824-1887) a investigat în conformitate cu legea Ohm și a dezvoltat o metodă generală de calculare a curenților constanți în circuitele electrice, inclusiv conținând mai multe surse de EDC. Această metodă se bazează pe două reguli numite legi ale lui Kirchhoff: 1. Suma algebrică a tuturor curenților din orice nod de circuit este zero. 2. Suma algebrică a tuturor diferențelor potențiale IR în orice buclă închisă este egală cu cantitatea algebrică a tuturor EDS din acest circuit închis. Aceste două legi sunt suficiente pentru a rezolva orice problemă asociată cu lanțurile DC.
Vezi si
Bateria de alimentare;
Lanțuri electrice.
Magnetostatică
Magnetostatica sa ocupat de forțele apărute între corpuri cu magnetizare constantă. Proprietățile magneților naturali sunt raportate în scrierile lui Falez Miletsky (aproximativ 600 î.Hr.) și Platon (427-347 î.Hr.). Cuvântul "magnet" a apărut datorită faptului că magneții naturali au fost descoperiți de greci din Magnesia (Festsels). La 11 c. Mesajul chinez Shen qua și Chu Yu la fabricarea de compasuri de la magneți naturali și utilizarea lor în navigație. Dacă un ac lung al unui magnet natural este echilibrat pe axă, permițându-i să fie rotit liber în planul orizontal, atunci se îndreaptă întotdeauna la un capăt la nord, iar celălalt este la sud. Plasarea unui scop îndreptat spre nord, puteți utiliza o astfel de busolă pentru a determina instrucțiunile. Efectele magnetice au fost concentrate într-un astfel de ac și, prin urmare, au fost numiți poli (respectiv de nordul și sudul). Scrierea W. Hilbert despre magnet (De Magnee, 1600) a fost prima încercare de a studia fenomenele magnetice din punctul de vedere al științei. În această lucrare, au fost colectate informații despre electricitate și magnetism, precum și rezultatele experimentelor proprii ale autorului. Tijele din fier, oțel și alte materiale sunt magnetizate atunci când contactează magneții naturali și capacitatea lor de a atrage bucăți mici de fier, ca și în magneții naturali, se manifestă de obicei în apropierea polilor situați în capetele tijelor. Ca și taxele electrice, poli sunt două tipuri. Aceiași poli sunt respinși reciproc, iar opusele sunt atrase. Fiecare magnet are doi stâlpi identici ai semnului opus. Spre deosebire de taxele electrice, care pot fi separate una de cealaltă, perechile de poli au fost inseparabile. Dacă tija magnetizată este tăiată cu ușurință în mijlocul stalpilor, atunci apar doi poli noi de aceeași putere. Deoarece încărcăturile electrice nu afectează polii magnetici și, dimpotrivă, fenomenele electrice și magnetice pentru o lungă perioadă de timp au fost considerate complet diferite în natură. Pandantivul a stabilit legea pentru forțele de atragere și repulsie a polilor, profitând de greutățile similare cu cele pe care le-a aplicat, aflând legea pentru forțele care acționează între două puncte. Sa dovedit că forța care acționează între poli de punct este proporțională cu "magnitudinea" lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Această lege este înregistrată sub formă de
Unde P și P "-" Valorile "polonezilor, R este distanța dintre ele, iar km este un coeficient de proporționalitate, care depinde de unitățile utilizate. În fizica modernă, a refuzat să ia în considerare poli magnetici (din motive care sunt explicate în următoarea secțiune), astfel încât această lege este în principal interes istoric.
Efectele magnetice ale curentului electric
În 1820, Ersted (1777-1851) a constatat că conductorul cu acte curente pe o săgeată magnetică, transformându-l. În mod literal o săptămână mai târziu, amperele au arătat că două dirijoare paralele cu un curent de o direcție atrase unul pe celălalt. Mai târziu, el a sugerat că toate fenomenele magnetice se datorează curenților, iar proprietățile magnetice ale magneților permanenți sunt asociate cu curenții care circulă în mod constant în interiorul acestor magneți. Această ipoteză este pe deplin compatibilă cu ideile moderne.
Consultați magneții și proprietățile magnetice ale unei substanțe. Câmpurile electrice create de încărcături electrice în spațiul înconjurător sunt caracterizate de forțe care acționează pe o singură încărcare de încercare. În jurul materialelor magnetizate și conducătorii electrici, apar câmpuri magnetice, care au fost caracterizate inițial prin forța care acționează pe polul de studiu "unic". Deși această metodă de determinare a rezistenței câmpului magnetic nu mai este aplicată, această abordare a fost păstrată la determinarea direcției câmpului magnetic. Dacă o săgeată magnetică mică este suspendată în centrul de masă și se poate roti liber în orice direcție, atunci orientarea sa și va indica direcția câmpului magnetic. Din utilizarea polilor magnetici pentru a determina caracteristicile câmpurilor magnetice, a fost necesar să refuzați din mai multe motive: În primul rând, este imposibil să se izoleze un pol separat; În al doilea rând, nici o poziție, nici cantitatea de pol nu poate fi determinată cu precizie; În al treilea rând, poli magnetici sunt concepte esențiale fictive, deoarece efectele magnetice se datorează mișcării încărcăturilor electrice. În consecință, aceste câmpuri magnetice sunt acum caracterizate de forța cu care acționează pe conductori cu un curent. În fig. 2 prezintă un conductor cu un curent pe care l-am situat în planul modelului; Direcția curentă este indicată de săgeată. Conductorul este amplasat într-un câmp magnetic omogen, direcția căreia este paralelă cu planul modelului și este un unghi F cu direcția conductorului cu curentul. Mărimea inducției câmpului magnetic B este dată de expresie
În cazul în care F este forța cu care câmpul B acționează asupra elementului de conductor L cu un curent I. Direcția Forței F este perpendiculară atât pe direcția câmpului magnetic cât și de direcția curentă. În fig. 2 Această forță este perpendiculară pe planul modelului și este direcționată de la cititor. Valoarea B în principiu poate fi determinată prin rotirea conductorului până când F ajunge la valoarea maximă la care B \u003d Fmax / IL. Direcția câmpului magnetic poate fi de asemenea instalată, rotind conductorul, până când forța F se transformă în zero, adică Conductorul va fi paralel cu B. Deși aceste reguli sunt dificil de aplicat în practică, se bazează metode experimentale pentru determinarea amplorii și direcției câmpurilor magnetice. Forța care acționează asupra conductorului cu curent este de obicei scrisă sub formă de
J. BIO (1774-1862) și F. Savar (1791-1841) au adus legea pentru a calcula câmpul magnetic creat de distribuția cunoscută a curenților electrici, și anume
Unde B este o inducție magnetică, creată de un element al unui conductor de lungime scăzută L cu un curent I. Direcția câmpului magnetic creat de acest element al curentului este prezentată în fig. 3, care explică, de asemenea, valorile lui R și F. Coeficientul de proporționalitate K depinde de alegerea unităților de măsurare. Dacă eu sunt exprimat în amperi, l și r - în metri și b - în Teslas (TL), atunci k \u003d m0 / 4p \u003d 10-7 pm / m. Pentru a determina valoarea și direcția B în orice punct al spațiului care creează un conductor de înaltă lungime și o formă arbitrară, este necesar să se spargă mental conductorul la segmente scurte, să calculeze valorile B și să determine direcția câmpurilor create prin segmente individuale, apoi pliați aceste câmpuri individuale. De exemplu, dacă curentul i în conductorul care formează cercul cu o rază A este direcționat în sensul acelor de ceasornic, câmpul din centrul cercului este ușor de calculat. În formula (13), distanța r de la fiecare element al conductorului la centrul cercului este egală cu A și F \u003d 90 °. În plus, câmpul creat de fiecare element perpendicular pe planul de circumferință și regizat de cititor. Plierea tuturor câmpurilor, obținem inducție magnetică în centru:
Pentru a găsi câmpul în apropierea dirijorului creat de un conductor foarte lung drept, cu un curent, pentru a rezuma câmpurile, va fi necesar să recurgeți la integrare. Găsit în acest fel, câmpul este egal:
Unde R este distanța de perpendicular de dirijor. Această expresie este utilizată în definiția în prezent a ampere.
Galvanometre. Raportul (12) vă permite să comparați forțele curenților electrici. Dispozitivul creat în acest scop este numit galvanometru. Primul astfel de dispozitiv a fost construit de I. Shuger în 1820. A fost o bobină a firului, în interiorul care este suspendată săgeata magnetică. Curentul măsurat a fost omorât prin bobină și a creat un câmp magnetic în jurul săgeții. Săgeata acționa un cuplu, o rezistență proporțională a curentului, care a fost echilibrată datorită elasticității firelor de suspensie. Câmpul magnetic al Pământului face denaturarea, dar influența sa poate fi exclusă, înconjurarea săgeții cu magneți permanenți. În 1858, U.Tomson, mai renumit ca Domnul Kelvin, a atașat oglinda la săgeată și a introdus o serie de alte îmbunătățiri, îmbunătățind semnificativ sensibilitatea galvanometrului. Astfel de galvanome aparțin clasei de instrumente cu o săgeată în mișcare. Deși galvanometrul cu o săgeată în mișcare poate fi făcută extrem de sensibilă, aproape complet suprimată dispozitivul cu o bobină mobilă sau un cadru plasat între polii unui magnet permanent. Câmpul magnetic al unui magnet de potcoavă mare în galvanometru este atât de puternic în comparație cu câmpul magnetic al Pământului, că influența acestuia din urmă poate fi neglijată (figura 4). Galvanometrul cu un cadru mobil a fost propus în 1836 W. Sternzhen (1783-1850), dar nu a primit recunoaștere, în timp ce în 1882 j.d. "Arsonval nu a creat o versiune modernă a acestui dispozitiv.
Smochin. 4. Galvanometru D Ursonval pentru măsurarea puterii curentului electric. Săgeata este conectată la un cadru mobil suspendat între poli magnetul de potcoavă.
Inductie electromagnetica. După ce a crezut că actualul curent creează un cuplu care acționează asupra unui magnet, au fost făcute multe încercări pentru a detecta un curent cauzat de prezența magneților. Cu toate acestea, magneții erau prea slabi, iar metodele de măsurare actuale sunt prea nepoliticoase pentru a detecta orice efect. În cele din urmă, doi cercetători - J. Henry (1797-1878) din America și M. Faraday (1791-1867) din Anglia - în 1831, independent unul de celălalt, au constatat că atunci când se schimbă câmpul magnetic, curenții pe termen scurt apar în număr Din circuitele conductive, dar apar curenți pe termen scurt, dar efectul este absent dacă câmpul magnetic rămâne constant. Faraday a crezut că nu numai câmpurile electrice, dar și magnetice sunt linii electrice care umple spațiul. Numărul de linii electrice ale câmpului magnetic care traversează suprafața arbitrară s corespunde valorii F, care se numește debitul magnetic:
Unde Bn este proiecția câmpului magnetic B la elementul normal față de zona DS. Unitatea de măsură a fluxului magnetic se numește Weber (WB); 1 WB \u003d 1 TL * M2. Faraday a fost formulată printr-o lege privind EMF, inscripționată într-o întorsătură închisă a firului cu un câmp magnetic în schimbare (legea inducției magnetice). Conform acestei legi, un astfel de EMF este proporțional cu rata de modificare a fluxului magnetic total prin turn. În sistem, sistemul coeficientului de proporționalitate este de 1 și, astfel, EMF (Volt) este egal cu rata de schimbare a fluxului magnetic (în WB / S). Matematic, aceasta este exprimată prin formula
În cazul în care semnul minus arată că câmpurile magnetice ale curenților create de acest ECD sunt direcționate astfel încât schimbarea fluxului magnetic să scadă. Această regulă pentru a determina direcția EMF este în concordanță cu regula mai generală formulată în 1833 E.LENZ (1804-1865): EMF indus este îndreptat astfel încât să se opună apariției sale. În cazul unui circuit închis în care are loc curentul, această regulă poate fi derivată direct din legea conservării energiei; Această regulă este determinată de direcția EMF induce și în cazul unui circuit deschis atunci când nu se produce curentul de inducție. În cazul în care bobina constă din N rânduri ale firului, fiecare dintre acestea fiind pătruns de fluxul magnetic F, atunci
Acest raport este corect, indiferent de motivul modificărilor lanțului de flux magnetic.
Generatoare. Principiul funcționării generatorului electromashic este prezentat în fig. 5. Bobina dreptunghiulară a firului se rotește în sens invers acelor de ceasornic într-un câmp magnetic între polii magnetului. Capetele de întoarcere sunt îndepărtate la inelele de contact și sunt conectate la lanțul extern prin perii de contact. Când planul de întoarcere este perpendicular pe câmp, piercing fluxul magnetic al fluxului magnetic. Dacă planul de întoarcere este paralel cu câmpul, apoi fluxul magnetic este zero. Când planul răcitor se dovedește a fi perpendicular pe câmp, întorcând 180 °, fluxul magnetic prin maximul curent în direcția opusă. Astfel, când se rotește rândul, fluxul magnetic se schimbă continuu și în conformitate cu Legea Faraday, tensiunea pe clipuri se schimbă.
Pentru a analiza ce se întâmplă într-un alternator simplu al curentului alternativ, vom lua în considerare fluxul magnetic pozitiv atunci când unghiul Q este în intervalul de la 0 ° la 180 ° și negativ atunci când Q este de la 180 ° la 360 °. Dacă B este inducerea câmpului magnetic și a - zona rândului, atunci fluxul magnetic prin rundă va fi egal cu:
Dacă bobina se rotește cu frecvența F aproximativ / s (adică 2pf rad / s), apoi după timp t de la începutul rotației, când Q a fost egal cu 0, primim Q \u003d 2Pft. Astfel, expresia de curgere prin rundă este dobândită
Conform legii Faraday, tensiunea inspectată este obținută prin diferențierea fluxului:
Semnele în periile din figură arată polaritatea tensiunii de inspecție la momentul potrivit. Cosina variază de la +1 la -1, astfel încât valoarea de 2pfab este pur și simplu amplitudinea tensiunii; Îl puteți desemna
(În același timp, am redus semnul "minus", înlocuindu-l cu o alegere adecvată de polaritate a concluziilor generatorului din figura 5.) din fig. 6 prezintă o schimbare calendară în timp.
Tensiunea produsă de generatorul descris mai sus își schimbă periodic direcția spre opus; Același lucru se referă la curenții creați în circuitele electrice prin această tensiune. Un astfel de generator este numit alternator. Curentul, conservând întotdeauna aceeași direcție, se numește constantă. În unele cazuri, cum ar fi bateriile de încărcare, un astfel de curent este necesar. Aveți două moduri de a primi un curent constant din variabila. Unul este că circuitul extern include un redresor, transmiterea unui curent numai într-o singură direcție. Acest lucru vă permite să opriți generatorul pentru o jumătate de perioadă și să îl includeți numai în această jumătate de perioadă când tensiunea are polaritatea necesară. O altă metodă este de a comuta contactele care leagă bobina cu un lanț extern prin fiecare jumătate de perioadă când tensiunea modifică polaritatea. Apoi, curentul din lanțul exterior va fi întotdeauna îndreptat într-o singură direcție, deși tensiunea inspectată în răsucire își schimbă polaritatea. Comutarea contactelor se efectuează utilizând semi-colțurile colectorului instalat în locul inelelor de colectare curente, așa cum se arată în fig. 7, a. Când planul este vertical, rata de schimbare a fluxului magnetic și, prin urmare, tensiunea inspectată este scăzută la zero. Este în acest moment că perii alunecă peste decalajul care separă două semirings și comutarea circuitului extern. Tensiunea care apare în lanțul exterior variază așa cum se arată în fig. 7, b.
Vezi si Generatoare de electromachine și motoare electrice.
Inducție reciprocă. Dacă două bobine de sârmă închise sunt situate în apropiere, dar electric nu sunt conectate unul cu celălalt, atunci când schimbați curentul într-unul dintre ele, EMF este dezvăluit. Deoarece fluxul magnetic prin a doua bobină este proporțională cu curentul din prima bobină, schimbarea acestui curent implică schimbarea fluxului magnetic cu ghidarea emf corespunzătoare. Bobinele pot fi schimbate roluri, iar atunci când schimbați curentul în a doua bobină, EDC va fi ghidat în primul. EMF, introdus într-o singură bobină, este determinată de viteza schimbării curente ale celeilalte și depinde de dimensiunea și numărul de rotații din fiecare bobină, precum și de la distanța dintre bobine și orientarea lor, una față de cealaltă. Aceste dependențe sunt relativ simple, dacă nu există materiale magnetice în apropiere. Atitudinea EMC, indusă într-o singură bobină, la rata de schimbare a curentului în celălalt se numește coeficientul de inducere reciprocă a două bobine corespunzătoare acestor locații. Dacă EMF indus este exprimat în volți, iar viteza schimbării curente este în amperi pe secundă (A / C), atunci inducția reciprocă va fi exprimată în Henry (GG). EMF, inspectat în bobine, sunt date în formulele următoare:
Unde m este coeficientul de intenție al a două bobine. Bobina conectată la sursa de curent este numită bobină primară sau înfășurare, iar cealaltă este secundară. Un curent permanent în înfășurarea primară nu creează tensiuni în secundare, deși la momentul pornirii și de la actualul înfășurarea secundară, acesta este în scurt timp cu EMU. Dar dacă EMF este conectat la înfășurarea primară, crearea unui curent alternativ în această înfășurare, variabila EDC este indovabilă și în lichidarea secundară. Astfel, înfășurarea secundară poate fi utilizată prin sarcină activă curentă sau a altor circuite, fără a le conecta direct la sursa EDC.
Transformatoare. Intenția a două înfășurări poate fi mărită semnificativ prin înfășurarea acestora pe un nucleu comun de material feromagnetic, cum ar fi fierul. Un dispozitiv similar este numit un transformator. În transformatoarele moderne, miezul feromagnetic formează un lanț magnetic închis, astfel încât aproape întregul curent magnetic trece în interiorul miezului și, prin urmare, prin ambele înfășurări. Sursa variabilei EDC conectată la înfășurarea primară creează un flux magnetic alternativ în miezul de fier. Acest flux își rezervă variabilele EMF și în înfășurările primare și în secundare, iar valorile maxime ale fiecărui ECD sunt proporționale cu numărul de rotații în înfășurarea corespunzătoare. În transformatoarele bune, rezistența înfășurărilor este atât de mică încât EMF, indusă în lichidarea primară, aproape coincide cu tensiunea aplicată, iar diferența potențială la concluziile secundare de înfășurare coincide cu EMF indusă în el. Astfel, raportul dintre scăderea tensiunii la sarcina secundară la tensiunea aplicată înfășurarii primare este egală cu raportul dintre numărul de rotiri din înfășurările secundare și primare, care este de obicei scrisă sub formă de egalitate
În cazul în care V1 este scăderea tensiunii pe turnurile N1 ale înfășurării primare, iar V2 este scăderea tensiunii de pe rotațiile N2 ale înfășurării secundare. În funcție de raportul dintre numărul de rotiri din înfășurările primare și secundare, creșterea și transformatoarele inferioare diferă. Raportul N2 / N1 este mai mare decât unitățile din transformatoarele tot mai mari și mai puțin decât unitatea de coborâre. Datorită transformatoarelor, este posibilă o transmitere economică a energiei electrice pe distanțe lungi.
Vezi si Transformator electric. Auto-inducție. Curentul electric într-o bobină separată creează, de asemenea, un flux magnetic care pătrunde în această bobină. Dacă curentul din bobină se schimbă în timp, fluxul magnetic prin bobină va fi schimbat, încasându-l în ea în același mod ca și atunci când transformatorul funcționează. Apariția EMF în bobină la schimbarea curentului se numește auto-inducție. Inderaparea afectează curentul în bobină. În mod similar, inerția este influențată de mișcarea corpurilor în mecanică: acesta încetinește setarea DC în lanț atunci când este pornită și o împiedică de la o oprire instantanee atunci când este transformată off. De asemenea, servește ca o scântei care apar între contactele de întrerupătoare ale circuitului atunci când circuitul este încețoșat. În circuitul AC, auto-inducția creează o rezistență reactivă care limitează amplitudinea curentului. În absența materialelor magnetice în apropierea unei bobine fixe, un debit magnetic care pătrunde este proporțional cu curentul din lanț. Conform legii Faraday (16), EMF de auto-inducție ar trebui, în acest caz, proporțional cu rata de schimbare actuală, adică.
Unde sunt coeficientul de proporționalitate, numit auto-inducție sau inductanță a lanțului. Formula (18) poate fi considerată ca determinarea valorii L. Dacă indicele din fabrică este exprimat în volți, curentul I - în amperi și timp t - în secunde, atunci l va fi măsurat în Henry (GG). Semnul minus indică faptul că EMF se opune unei creșteri a actualei I, după cum rezultă din Legea Lenza. EMF extern, depășirea EMF auto-inducție, ar trebui să aibă un semn plus. Prin urmare, în circuitele de curent alternativ, scăderea tensiunii în inductanță este L Di / DT.
Variabile Toki.
După cum sa menționat deja, curenții variabili sunt curenți a căror direcție se schimbă periodic. Numărul de perioade de modificări ciclice ale curentului pe secundă se numește frecvența AC și este măsurată în Hertz (Hz). Electricitatea este de obicei furnizată consumatorului ca AC cu o frecvență de 50 Hz (în Rusia și în țările europene) sau 60 Hz (în SUA). Deoarece schimbările actuale alternante în timp, modalitățile simple de rezolvare a problemelor potrivite pentru circuitele DC aici nu sunt direct aplicabile. La frecvențe foarte înalte, acuzațiile pot efectua o mișcare oscilantă - să curgă de la un lanț la alții și înapoi. În același timp, spre deosebire de circuitele DC, curenții din conductori conectați secvențial pot fi inegali. Capacitățile prezente în circuitele de curent alternativ sporesc acest efect. În plus, atunci când se schimbă efectele curente, de auto-inducție sunt afectate, care devin esențiale chiar și la frecvențe joase, dacă bobinele sunt utilizate cu inductanță ridicată. La frecvențele relativ scăzute ale circuitului AC, este încă posibilă calcularea utilizării regulilor Kirchhoff, care, totuși, trebuie modificate în consecință. Lanțul, care include rezistențe diferite, inductori și bobine condensate, poate fi considerat ca și cum ar fi constat dintr-un rezistor generalizat, condensator și inductori conectați secvențial. Luați în considerare proprietățile unui astfel de circuit conectat la generatorul de curent alternativ sinusoidal (figura 8). Pentru a formula reguli pentru a calcula circuitul AC, trebuie să găsiți un raport între scăderea tensiunii și curentul pentru fiecare componentă a unui astfel de lanț.
Condensatorul joacă complet roluri diferite în lanțurile curenților variabili și constanți. Dacă, de exemplu, în lanț din fig. 8 Conectați elementul electrochimic, condensatorul va porni încărcarea până când devine egal cu elementul EDC. Apoi se oprește încărcarea și curentul va cădea la zero. Dacă circuitul este conectat la un generator de AC, atunci într-o jumătate de perioadă electronii se vor ieși din marginea stângă a condensatorului și se acumulează pe dreapta și în cealaltă - dimpotrivă. Acești electroni în mișcare sunt curenți alternativi, a cărei forță este aceeași pe ambele părți ale condensatorului. În timp ce frecvența curentă variabilă nu este foarte mare, curentul prin rezistor și bobina de inductor este, de asemenea, același.
Rezistență reactivă și deplină. Pentru a analiza raportul dintre curent și tensiune pentru conturul prezentat în fig. 8, presupuneți că încărcarea de pe placa din stânga a condensatorului este dată de expresie
Și încărcarea pe placa din dreapta este Q. Aici Q este taxa maximă (CI), t-time (c) și w \u003d 2pf, unde F este frecvența AC (Hz). Curent prin fiecare element de lanț este:
În cazul în care curentul maxim al imasa este egal cu W Q. O scădere variabilă a tensiunii pe condensator este:
Conform legii OHM, scăderea tensiunii de pe rezistor este dată de expresie
Dropul de tensiune al întregului lanț de la A la B este:
sau
Unde
în plus
Valoarea lui XL se numește rezistență inductivă și este exprimată în OMAH dacă l - în Henry; Valoarea XC se numește rezistență capacitivă și este exprimată în OMAH, dacă C este în farade. Rezistența reactivă totală a lanțului X este, de asemenea, exprimată în OMA. Formula (19) poate fi adusă la un simplu și mai clar, folosind identitatea trigonometrică a COS (A + B) \u003d COS A COS B - Păcatul unui păcat B. Deoarece R și X sunt exprimate în ohmi, ele pot fi considerate ca catete ale unui triunghi dreptunghiular pentru a determina unghiul Q (figura 9). Ipotenuză
Se numește rezistența deplină (impedanță) a conexiunii seriale. În fig. 9 prezintă un triunghi complet de rezistență, din care apare că r \u003d z cos Q, x \u003d z q și tg q \u003d x / r. Expresia (19) poate fi rescrisă în formularul V \u003d Imaxz (cos q cos w t - păcatul q), care se reduce la expresie
Dacă utilizați identitatea trigonometrică de mai sus; Expresia (21) poate fi rescrisă în formă
Unde
Din formula (21) rezultă că tensiunea V pe clemele lanțului este cât mai mult posibil la t \u003d-q / w, în timp ce curentul I este maxim la t \u003d 0, adică Curentul se află în spatele fazei de la tensiune la unghiul Q. Astfel, întârzierea curentului din spatele fazei de la tensiune dacă predomină rezistența inductivă, adică. Dacă XL este mai mare decât XC. Curentul este înaintea tensiunii dacă domina rezistența capacitivă, adică. Xc mai xl. Trebuie remarcat faptul că relația (22) diferă de legea OL numai prin faptul că în ea rezistența activă R este înlocuită cu rezistența completă a Z. Dacă rezistența r și scăderea maximă a tensiunii de pe clemele de lanț sunt acceptate Prin constantă, atunci cea mai mare valoare a IMAX actual actual îndeplinește egalitatea a două rezistențe reactive. Dacă inductivitatea și capacitatea sunt, de asemenea, constante, atunci egalitatea rezistenței lor reactive poate fi realizată, schimbând frecvența curentului alternativ. Acest lucru se realizează cu o frecvență circulară
În acest caz, ei vorbesc despre stabilirea rezonantă a lanțului.
Deasupra sa presupus că curentul alternativ din lanț a fost stabilit. De fapt, atunci când conectați circuitul la sursa tensiunii alternante, apar procese tranzitorii în el. Dacă rezistența lanțului nu este neglijabilă, curenții de tranziție își selectează energia sub formă de căldură în rezistor și se estompează rapid, după care este stabilit modul curent alternativ staționar, care trebuia să fie mai mare. În multe cazuri, procesele tranzitorii din circuitele alternante pot fi neglijate. Dacă trebuie să fie luate în considerare, atunci este necesar să se investigheze ecuația diferențială care descrie dependența actuală la timp.
Valori eficiente. Sarcina principală a primelor centrale electrice a fost aceea de a asigura căldura dorită a firelor de lămpi de iluminat. Prin urmare, problema eficienței utilizării pentru aceste lanțuri de curenți constanți și alternativi. Conform formulei (7), pentru energia electrică care se transformă în căldură într-un rezistor, disiparea căldurii este proporțională cu pătratul forței curente. În cazul AC, disiparea căldurii fluctuează continuu împreună cu valoarea instantanee a curentului pentru curentul forței actuale. Dacă actualul variază în funcție de legea sinusoidală, atunci valoarea medie medie a curentului instantaneu egal cu jumătate din pătratul curentului maxim, adică.
Rădăcina pătrată din această valoare se numește o valoare variabilă eficientă. În consecință, valoarea efectivă a forțelor AC este egală cu:
Acest lucru ar trebui să fie un curent permanent pentru a asigura aceeași încălzire a filamentului ca un curent alternativ cu amplitudinea IMAX. Evident, amplitudinea tensiunii alternante pe lampa cu incandescență trebuie să fie mai mare decât tensiunea constantă corespunzătoare. Astfel, valoarea efectivă a tensiunii curentului alternativ este definită ca
Conform formulei (22), impedanța circuitului AC este egală cu:
În absența elementelor de jet din lanț, avem z \u003d r și r \u003d v / i, se pare că raportul dintre tensiunea efectivă și valorile curente din circuitul AC se dovedește a fi la fel ca în Circuitul DC. Puterea care vine într-un circuit serial, exprimată prin valorile efective ale curentului și tensiunii, este egală cu:
Deoarece puterea eliberată în circuitul DC este p \u003d vi, valoarea COS Q este numită factorul de putere. Dar v \u003d iz, și r \u003d z cos Q (figura 9). Astfel, puterea secretată de curentul alternativ în circuitul serial este egală cu:
În cazul în care se poate observa că toată puterea este cheltuită pe încălzirea rezistenței, în timp ce în condensator și inductanță, puterea nu este absorbită. Adevărata, bobinele de inductanță reală absorb încă o anumită putere, mai ales dacă au un miez de fier. Cu o recuperare continuă, miezul de fier este încălzit - parțial injectat în curenții de fier și parțial datorită frecării interne (histerezis), care împiedică reclamarea. În plus, inductanța poate provoca curenți în schemele situate în apropiere. Când se măsoară în circuite alternative, toate aceste pierderi arata ca pierderea de putere în rezistență. Prin urmare, rezistența aceluiași lanț pentru AC este, de obicei, oarecum mai mare decât pentru constanță și este determinată prin pierderea de putere:
Pentru ca stația electrică să funcționeze din punct de vedere economic, pierderile termice în linia de alimentare (LEP) ar trebui să fie suficient de scăzută. Dacă PC-ul este energia furnizată consumatorului, atunci PC \u003d VCI pentru curentul permanent și alternativ, deoarece cu calculul adecvat, valoarea cos Q poate fi făcută egală cu cea. Pierderile de putere vor fi PL \u003d RLI2 \u003d RLPC2 / VC2. Deoarece cel puțin două lungimi de conductor L sunt necesare pentru tur, rezistența sa este RL \u003d R2L / A. În acest caz, pierderile pierderilor
Dacă conductorii sunt făcuți din cupru, rezistența specifică a R care este minim, atunci numeric nu rămâne valori care ar putea fi reduse semnificativ. Singura modalitate practică de a reduce pierderile este creșterea VC2, deoarece utilizarea conductorilor cu o mare zonă transversală A este neprofitabilă. Aceasta înseamnă că puterea trebuie transmisă utilizând o tensiune înaltă posibilă. Generatoarele convenționale de curent electromashic care acționează de turbine nu pot produce o tensiune foarte mare, care nu este rezistentă la izolația lor. În plus, tensiunea ultra-înaltă este periculoasă pentru personalul de service. Cu toate acestea, tensiunea curentului alternativ generat de centrala electrică este posibilă transmisiile pe LAM pentru a crește prin utilizarea transformatoarelor. La celălalt capăt al trecătorului de putere, consumatorul utilizează transformatoare în aval, care dau o ieșire mai sigură și mai practică tensiune. În prezent, tensiunea în turneu ajunge la 750.000 V.
Great Encyclopedic Wikipedia dicționar wikipedia citește mai mult
