Электротехника

Введение

      Электротехника-область науки и техники, которая занимается изучение5м электрических и магнитных явлений и их использованием в практических целях.

      Эл. энергия широко применяется во всех областях промышленности, с/х, связи, транспорта, автоматики, вычислительной техники, электроники, радиотехники и в быту.

     Преимущества  эл. энергии:

1. Легко преобразуется в другие виды энергии (тепловую, механическую, химическую, ядерную и др.)
2. Легко дробится
3. Передается на большие расстояния, легко регулируется (реостаты) и контролируется (счетчики и др. измерит. приборы)
4. Экологически чистая
5. Дешевая

     Электроника-область науки, техники и производства, в которой разрабатываются принципы производства и совершенствования электронных приборов, методы инженерного расчета и технологического обеспечения, способы создания электронных систем для нужд.

Формы существования материи 

        вещество   поля

 молекулы эл.поле           м.поле

    атомы                    материя, существующая вокруг  заряда

                                                                              электростат.                  электрич.

                                                                         (неподвижные q)         (подвижные q)           Эл. заряд-это физ.величина, определяющая интенсивность э/м взаимодействий.

Электризация-сообщение телу эл.заряда (трение, влияние, прикосновение).

При электризации выполняется  закон эл.заряда:

• В замкнутой системе алгебраическая сумма эл.зарядов всех частиц остается неизменной

                                            q₁+q₂+…+qn=const

Виды  взаимодействия:

• Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются

Взаимодействие  точечных заряженных тел описывается  законом Кулона:

                                               F=k

R-расстояние между зарядами

    - в среде        - в вакууме

ℰ₀ – эл.постоянная; 8,85*10^-12

ℰ - относительная диэл. Проницаемость среды

ℰ_абс = ℰ₀ * ℰ -абсолютная проницаемость среды 
 
 
 
 
 

Электрический ток. Параметры тока.

                            Эл. ток - упорядоченное движение эл. зарядов.

В металлах – упорядоченное                                                В электролитах - упорядоч.

 движение свободных эл.                                                        движение ионов.

                                                      В газах – упорядоченное 

                                                    движение ионов и электр.

За направление  тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Действие  тока.

1. тепловое;    2) магнитное;  3) химическое

Условие существования  постоянного тока

1. напряженность эл. поля в проводнике должна быть отлична от нуля и не должна изменяться с течением времени;
2. цепь пост. Тока проводимости должна быть замкнутой;
3. На свободные эл. заряды, помимо кулоновских сил, должны действовать неэлектростат. Силы, называемые сторонними силами.

Интенсивность направленного  перемещения зарядов характеризует  величину тока.

Сила  тока - заряд, перенесенный через поперечное сечение проводника в единицу времени.

                                                   

     Пусть  проводник имеет поперечное сечение  площадью S. Заряд каждой частицы                равен q₀

Сила тока в метал. проводнике:

  q₀nυS

  n-число носителей зарядов в единице объема 

  υ-ср. скорость упорядоченного движения электронов

               [I]= А

Силу тока измеряют амперметром.

Сопротивление – способность проводника изменять силу тока в цепи.

Зависит:

• от длины проводника                    
• от материала проводника                    
• от S поперечного сечения

      [R]= Ом

     – уд. электропроводность           Измеряется:   

• от температуры

R=R₀(1+αt⁰)

     R- сопротивление при любой температуре

     R₀ – сопротивление при t=0°

     α – температурный коэф-т сопротивления

                           [α]= °C^-1 

Закон Ома для участка  цепи: Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна его сопротивлению.

                                      
 

Электрическое поле

Эл. поле – это особый вид материи, который существует вокруг любого проводника с током и действует с силой на другой проводник или заряженную частицу, внесенную в него.

Обнаружить эл. поле можно пробным зарядом.

Пробный заряд  – это заряд, внесение которого в  исследуемое поле не приводит к перераспределению сил в нем.

Основные  характеристики электрического поля

Напряженность – величина хар-ая                 Потенциал – это величина, равная       

силу, с которой  эл. поле действует                 отношению работе, совершаемой

на заряд, помещенную в данную                     эл.полем при переносе заряда из

точку эл. поля.                                                         бесконечности в данную точку поля

                                                                                

Си:[E]=                                             Си: [ =   = =В 

Вектор напряженности есть                                - среда

касательная к  силовой линии                             - вакуум

эл.поля.                       разность потенциалов 

                                                                           - = - = = U(B)

E= - среда                                                         U- напряжение – разность потенци-

E= – вакуум                                                       алов, численно ровное работе,

                                                                                           Совершаемой эл.полем при пере-

                                                                                           мещении заряда из одной точки в

E=const (поле однородное) другую.

E≠const (неоднородное)

a)

      Е Е*S=N-поток

      вектора 

S⊥E- напряженности

[E]=В*м

б) поток  через сферическую поверхность  определяется отношением суммы                          зарядов, расположенных внутри этой поверхности к абсолютной      диэлектрической проницаемости среды.           

     =  

N= - вакуум             N= - среда ⇒ теорема Гаусса

Связь между напряженностью и напряжением  E= – расстояние. 

Электропроводность.

Проводники, диэлектрики и  полупроводники.

Электропроводность – способность вещества пропускать электрический ток.

Проводники

(обладают  высокой электропроводностью)

                                      1 рода                                                          2 род

           Металлы, среды, электролиты,                              электролиты

                газы, плазма, вакуум.                                    носителями эл.заряда являются

         Ток образуется свободными ē,                        ионы – заряженные атомы и

     электронная  электропроводимость                                молекулы.

Полупроводники  - материалы, которые по своим эл. свойствам занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Относятся: германий, кремний, селен, оксиды металлов, соединения металлов с серой. Электропроводность и концентрация носителей зарядов  в них зависит от температуры, освещенности, примесей.

Обладают  проводимостью

                             Электронной(-)                                        дырочной(+)

Если на п/п  действует эл. поле, движение дырок  и электронов становится упорядоченным  и в п/п возникает эл. ток.

Применение: выпрямители, усилители, "строительный" материал диодов, трансляторов, микропроцессоров и др.  электронной техники.

Диэлектрики – ряд веществ, у которых отсутствуют свободные электроны.

Диэлектрики

                            полярные                                                                неполярные