Основные сведения по электротехнике

Электрический ток.

Окружающие нас вода, воздух, металлы, минералы и т.д. состоят из мельчайших частиц - молекул. Молекула является самой маленькой частицей данного вещества, которая сохраняет все его свойства (плотность, удельную теплоемкость, химический, состав и другие свойства).

Каждая молекула состоит из атомов отдельных химических элементов (Рис.1).

Рис.1 Строение молекулы

Например, молекула воды H²O состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, вращающихся по своим орбитам вокруг ядра. Почти вся масса атома сосредоточена в положительно заряженном ядре. Электроны же имеют ничтожно малую массу.

Материалы, хорошо проводящие электрический ток (медь, сталь, уголь и т.д.) называют проводниками. Материалы, плохо проводящие электрический ток (стекло, фарфор, эбонит), называют изоляторами.

В проводниках, помимо электронов, связанных с ядром атома, имеются еще так называемые электроны проводимости. Эти электроны при приложении внешних сил в виде разности потенциалов могут быть свободными и оторваться от ядра. Движение этих электронов называют электрическим током. О наличии электрического тока можно судить по неизменно сопутствующим электрическому току явлениям: отклонению стрелки компаса поднесенному к проводнику, нагреванию проводника электрическим действием тока и т. д.

В связи с тем, что электроны являются носителями отрицательного заряда, они всегда движутся от отрицательного полюса к положительному. Условно направление электрического тока принято считать обратным направлению движения электронов.

Таким образом, электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному от плюса (+) к минусу (‑).

В схемах принято изображать направление тока - от себя кружком с крестиком направление на себя - кружком с точкой

Электрический ток протекает по проводнику под действием разности потенциалов на концах этого проводника. Разность потенциалов иначе называется электродвижущей силой или напряжением. Электродвижущая сила и напряжение измеряются в вольтах (обозначается в).

Количество электронов, проходящих через поперечное сечение проводника, служит мерой величины силы тока. Единицей силы тока является ампер (обозначается а). Электроны проводимости, переносящие заряд от отрицательного полюса к положительному, при своем движении все время сталкиваются с молекулами и атомами проводника, находящимися в беспорядочном движении.

Эти столкновения затрудняют движение электронов проводимости и, следовательно, препятствуют электрическому току. Свойство проводников препятствовать прохождению электрического тока называется сопротивлением проводника.

За единицу сопротивления принят ом (обозначается ом). Сопротивление проводника равно 1ом, если при подключении его на напряжение в 1 в по нему потечет ток в 1 а.

Сопротивление проводника зависит от материала, длины и площади поперечного сечения проводника. Материал проводника характеризуется удельным сопротивлением, представляющим собой сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм². Эта зависимость сопротивления проводника от его размеров и материала выражается формулой:

, R – сопротивление проводника, ом; l –длина проводника, м;

S - площадь поперечного сечения проводника, мм²;

r - удельное сопротивление проводника, ом×м/мм.

Сопротивление проводника увеличивается при удлинении проводника и уменьшении его сечения.

Пример: Определить сопротивление медного провода длиной 120 м к сечением 6 мм². Удельное сопротивление меди r = 0,0175 ом×мм²/м.

ом.

Удельное сопротивление проводника зависит от его температуры. С повышением температуры удельное сопротивление металлов увеличивается.

Основные законы электрического тока.

Чтобы понять законы электрического тока, условно распространим законы движения жидкости по трубам на электрическую цель.

Схемы гидравлической системы и электрической цепи:а) гидравлическая система: 1 — насос; 2 — турбина; 3 ‑ расходомер; 4 — манометр; б) — электрическая цепь: 1 ‑ генератор электрического тока; 2 -сопротивление; 3 ‑ амперметр: 4‑ вольтметр.

Чем больше будет разность давления жидкости, создаваемая насосом, и чем меньше будет сопротивление протеканию жидкости (чем больше будет сечение труб), тем больше жидкости пройдет по трубе.

В электрической цепи движение электронов происходит под воздействием электродвижущей силы (э.д.с.), создаваемой генератором электрического тока.

Чем больше будет э.д.с. генератора, тем больше пройдет электричества в единицу времени.

Как в гидравлической системе при движении жидкости давление падает по мере удаления от водонапорного бака (Рис.2), (часть давления расходуется на преодоление трения о стенки трубы), так и электродвижущая сила источника тока идет на преодоление сопротивления электрической цепи.

Рис. 2 Зависимость давления напора воды

Часть э.д.с., идущей на преодоление сопротивления отдельных участков цепи, в том числе и в самом генераторе, называют падением напряжения.

Чем больше удален генератор от потребителя, тем больше падение напряжения в питающей цепи, тем меньше величина напряжения у потребителя электрической энергии.

Падение напряжения измеряется, как и напряжение, в вольтах.

Закон Ома.

Приложенное к цепи напряжение, протекающий по цепи ток и сопротивление цепи связаны между собой определенным соотношением, которое называется законом Ома, по имени открывшего его ученого.

Закон Ома гласит: сила тока, протекающего по цепи, прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению цепи.

Закон Ома выражается формулой

, где: i – сила тока, а; U – напряжение в сети, в, R – сопротивление, ом.

Для определения напряжения и сопротивления цепи эту формулу можно представить так:

Пример: Определить силу тока, если в цепи с сопротивлением 12 ом приложено напряжение 120 в ? а.