Основные сведения из электротехники

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА МОРСКОМ ФЛОТЕ

Электротехникой называется учение о технике производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.

Начало развития электротехники относится ко второй половине XVIII и первой половине XIX века, когда трудами русских и иностранных ученых были заложены основы теоретической и прак­тической электротехнику.

Практическое значение и широкое развитие электротехника по­лучила со второй половины XIX века, когда после ряда открытий и изобретений электрическая энергия стала быстро внедряться во все области жизни (производство, наука, техника, быт), вытесняя другие виды энергии.

За сравнительно короткий исторический срок своего существования электротехника прошла громадный путь развития и до­стигла больших успехов. В настоящее время нет ни одной отрасли деятельности человека, где бы электротехника не нашла ши­рокого применения. Достаточно привести такие области ее при­менения, как промышленность, транспорт, сельское хозяйство, освещение, связь, кино, телевидение, наука, исследование космоса, чтобы понять значение электричества в жизни и деятельности человека.

Широкое применение электрическая энергия получила и на судах морского флота. Современные морские суда характеризуются высокой степенью электрификации. Электрическая энергия ис­пользуется для управления судном, для работы различных меха­низмов и устройств. При помощи электроэнергии приводятся в действие главные и вспомогательные судовые механизмы, электрорадионавигационные приборы, судно обеспечивается освеще­нием, связью как внутри, так и с берегом и с другими судами, средствами автоматики и т. д. При помощи электрических приборов автоматизируется и контролируется работа различных агрегатов, устройств и механизмов.

Понять принцип действия и устройство всех перечисленных механизмов и приборов невозможно без знания основ электротехники. Поэтому каждый член экипажа, связанный с обслуживанием тех или иных агрегатов и механизмов, потребляющих электроэнергию, должен изучить основы электротехники и электрооборудования.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Согласно электронной теории строения материи все физические тела состоят из простых веществ, называемых химическими элементами. А химические элементы в свою очередь состоят измельчайших частичек — атомов, находящихся в постоянном дви­жении. Атомы различных веществ отличаются друг от друга, не все они имеют в принципе одинаковое строение: в центре каждого атома находится ядро из положительно заряженных частиц — протонов (кроме протонов, в ядре есть и другие элементарные частицы), вокруг которого по орбитам вращаются мельчайшие частицы — электроны, несущие отрицательный заряд.

Электрон и протон являются мельчайшими материальными частицами, обладающими соответственно элементарным отрицательным и положительным зарядами электричества. По величине заряды протона и электрона равны. За единицу заряд; в электротехнике принят 1 кулон (1 Кл), примерно равный 6,29-10¹⁸ элементарным зарядам.

Число электронов, входящих в состав атома, точно равно числу его протонов, вследствие чего атом в обычных условиях нейтрален так как разноименные заряды протонов и электронов взаимно уравновешиваются.

При этом между ядром и электронами атома существуют силы сцепления; атом стремится сохранить неизменным число электронов, вращающихся вокруг ядра. Но под действием внешних си. (столкновение, трение и т. п.) атом может потерять или приобрести электроны, вследствие чего равенство числа протонов и электронов в атоме нарушается и он начинает проявлять свойств электрического заряда.

Атомы, проявляющие свойства заряда, называются ионами, т. е. ионы — это атомы, несущие электрический заряд. Атом, потерявший электрон, проявляет свойства положительного заряда и называется положительным ионом (обозначается знаком плюс); если же атом получит лишний электрон, то он проявляет свойства отрицательного заряда (превращается в отрицательны ион, обозначаемый знаком минус) и называется отрицательным.

В некоторых веществах, а именно в металлах, имеются электроны, слабо связанные с атомами и потому легко переходящие от атома к атому. Такие электроны называют свободными, или электронами проводимости. Как ионы, так и электроны проводимости называют свободными зарядами. Эти заряд: находятся в беспорядочном тепловом движении. При определенных условиях им можно придать направленное упорядоченное движение. Такое направленное упорядоченное перемещение электрических зарядов в определенном направлении называется электрическим током .

Тело, имеющее электрический заряд, создает вокруг себя электрическое поле. Взаимодействие заряженных тел между собой осуществляется посредством электрических полей, окружающих заряды. Каждое заряженное электричеством тело характеризуется потенциалом, т. е. способностью произво­дить работу. С увеличением заряда увеличивается и потенциал. Если тело не имеет электрического Заряда, его потенциал равен нулю. Тела, заряженные различными количествами электричест­ва, обладают и разными потенциалами.

Разность потенциалов называется напряжением (обозначается буквой U) и измеряется в вольтах (В). При соединении между собою тел с разными потенциалами между ними потечет электрический ток от тела с большим потенциалом к телу с мень­шим потенциалом. Для того чтобы движение электрического тока было непрерывным, необходимо все время поддерживать разность потенциалов с помощью какого-либо устройства.

Причина, непрерывно поддерживающая разность потенциалов, называется электродвижущей силой (э.д.с.); она обозначается буквой Е и измеряется в вольтах. 1 вольт — это напряжение, при котором на участке цепи выделяется энергия в 1 джоуль (Дж), если по этому участку протекает 1 кулон электричества.

Электродвижущая сила, или напряжение, измеренное в вольтах, показывает ту работу, которую может затратить источник то­ка на продвижение в замкнутой цепи каждой единицы электри­чества.

Для того чтобы характеризовать ток с количественной стороны, вводится понятие силы тока. Силой тока (или просто током) называется количество электричества, протекающее через поперечное сечение проводника в единицу времени. За единицу силы тока в практической системе единиц принят ампер (А). 1 ампер — это величина такого тока, при котором через поперечное сечение проводника в каждую секунду протекает 1 кулон электричества.

Если обозначить буквой I силу тока, буквой Q — количество электричества в кулонах и буквой t — время в секундах, то фор­мула для определения силы тока примет следующий вид:

В электротехнике за направление тока принято направление движения положительных зарядов. Ток же создается перемещением электронов, значит, его направление противоположно направлению движения электронов.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ

Электрической цепью называется путь, по которому проходит электрический ток. Чтобы по электрической цепи прохо­дил ток, необходимо делать ее замкнутой. Электрическая цепь со­стоит как минимум из трех основных частей: источника электрического тока, приемника (потребителя) электрического тока и системы соединительных проводов со вспомогательными прибо­рами (включатели и переключатели тока, измерительные приборы).

Источники электрического тока подразделяются на: механические — электрические генераторы, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую;

химические — гальванические элементы и аккумуляторы, в которых химическая энергия преобразуется в электрическую;

тепловые — термоэлементы, преобразующие тепловую энергию в электрическую;

лучевые — фотоэлементы, преобразующие световую энергию в электрическую.

Часть электрической цепи, состоящая из приемников электри­ческой энергии и соединительных проводов, называется внешней цепью. Токопроводящие пути самого источника электрической энергии называются внутренней цепью.

Если оборвать электрическую цепь на каком-либо участке, то ток по всей цепи прекращается. Замыкание и размыкание цепи осуществляется выключателем или рубильником.

Для измерения величин, характеризующих электрический ток, в цепь могут быть включены измерительные приборы. Все вещества обладают различной способностью оказывать сопротивление прохождению электрического тока. Эта способность веществ ока­зывать сопротивление прохождению электрического тока называется электрическим сопротивлением. Величина сопротивления измеряется в омах и обозначается буквой R или r. За 1 ом (Ом) принято сопротивление проводника, между концами которого при силе тока 1А возникает напряжение 1В. В практике .применяются также единицы электрического сопротивления кило-ом (1 кОм=1000 Ом) и мегом (1 МОм = 1 000000 Ом).

Для проводника величина сопротивления зависит от его длины, поперечного сечения и материала, из которого проводник изготовлен. Эта зависимость выражается формулой

где R — сопротивление проводников, Ом;

- удельное сопротивление материала проводника,

l — длина проводника, м;

s - поперечное сечение проводника, мм².

Как следует из формулы, чем длиннее проводник и меньше его поперечное сечение, тем больше его сопротивление.

Удельным сопротивлением материала называется сопротивление проводника из данного материала длиной 1 м и поперечным сечением 1 мм² при 0° С. Обычно различные проводники сравниваются по этому показателю. Например, серебро, медь, алюминий обладают небольшим сопротивлением, а такие сплавы, как константан (сплав меди, никеля и марганца), нихром (сплав никеля, хрома, железа, марганца), никелин, обладают сопротивлением значительно большим.

Помимо размеров и материала, на сопротивление проводника влияет его температура. Так, почти у всех металлических проводников при повышении температуры сопротивление увеличивается. И только вышеперечисленные сплавы: константан, нихром, никелин — практически почти не изменяют своего сопротивления при нагревании и способны выдерживать высокие температуры, благодаря чему эти сплавы и получили широкое применение в электротехнике.