Работа и мощность электрического тока
Превращение электрической энергии в другой вид энергии (тепловую, световую, механическую) называется работой электрического тока.
Скорость, с которой совершается работа, называется мощностью:
P = A / t, Вт, где
P - мощность, Вт
A - работа, Дж
t - время, сек
Единица измерения мощности - Ватт (Вт)
1 Вт = 1 Дж / 1 сек
Мощность в 1 Вт - есть мощность тока в 1 A при напряжении 1 В.
1 Вт=1 A · 1 В ( P = I · U ).
Из закона Ома: P =U2/R ; P=I2R.
Работа электрического тока или расход электрической энергии, учитывается за время прохождения тока. Чем больше времени проходит ток, тем больше работа тока.
Основной единицей измерения работы является джоуль (Дж).
1 Дж = 1 В · 1 A · 1 сек = 1 Вт · сек
Более крупными единицами измерения работы являются - Вт · час; кВт час.
Тепловое действие тока (Q)
При прохождении тока по проводнику проводник нагревается. Количество электрической энергии, преобразованной в тепловую за время t, определяется выражением
Q = I2 · R · t; Дж
Нагрев проводника может происходить не только вследствие прохождения по нему повышенного тока, но и вследствие повышения сопротивления проводника.
При неплотном контакте, в месте соединения проводников, переходное сопротивление их возрастает, происходит усиленное выделение тепла, что в конечном итоге может привести к пожару.
Допустимая плотность тока (δ)
Каждый проводник в зависимости от условий может пропустить через себя, не перегреваясь, ток, не превышающий некоторую допустимую величину
δ = I / S ; A/мм2
Допустимая плотность тока зависит от материала провода, вида изоляции, сечения, условий охлаждения.
Средством защиты электрических цепей от повышенного тока являются плавкие предохранители, тепловые реле и другие устройства.
Магнитное поле и его свойства
Магнитное поле
В пространстве вокруг провода с током возникают магнитные силы, действующие на другие проводники с током и на различные тела.
Эти силы передаются с помощью материальной среды, называемой магнитным полем.
Магнитное поле всегда создается движущимися электрическими зарядами. Неподвижные заряды не могут создать магнитное поле.
Само магнитное поле действует только на движущиеся электрические заряды. Так как магнитное поле действует на различные тела и может приводить их в движение, то оно обладает энергией. Эта энергия проявляется в виде сил, действующих на отдельные движущиеся заряды. Под влиянием сил магнитного поля эти заряды отклоняются от своего первоначального пути в направлении перпендикулярно полю.
Рис. 4.1. Движение заряда в магнитном поле
Магнитное поле изображается с помощью магнитных силовых линий. У прямого проводника силовые линии магнитного поля имеют форму концентрических окружностей, охватывающих провод.
Рис. 4.2. Магнитное поле проводника
Направление магнитного поля находится в строгом соответствии с направлением тока в проводнике и определяется правилом буравчика ( это правило также называется правилом правой руки) :
Если буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки укажет направление силовых линий поля.
Рис. 4.3. Правило буравчика
Чтобы получить более сильные магнитные поля, применяют катушки с обмоткой из проволоки. Если проводник согнуть в виде витка, то силовые линии магнитного поля внутри витка будут иметь одинаковое направление, интенсивность магнитного поля возрастает. При объединении ряда витков в катушку магнитные поля, созданные отдельными витками, складываются, образуя общее поле катушки. Чем больше в ней число витков и ток, тем сильнее ее магнитное поле.
Рис. 4.4. Магнитное поле изогнутого проводника
Также для усиления магнитного поля внутрь катушки вставляют стальной сердечник.
Магнитная индукция
Интенсивность магнитного поля в каждой его точке характеризуется магнитной индукцией. Магнитная индукция обозначается буквой B.
Чем сильнее магнитное поле, тем большую индукцию оно имеет.
Общее число магнитных силовых линий, проходящих через поверхность, называется магнитным потоком. Магнитный поток обозначается буквой Φ.
Между ними существует зависимость:
B = Φ / S, тесла (Тл)
Φ = B · S, вебер (Вб)