Проводники и диэлектрики

Министерство образования и науки Республики Казахстан

ГККП «Горнотехнический колледж, город Степногорск»

при управлении образования Акмолинской области

 

 

 

 

Кафедра горных и политехнических дисциплин

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

 

 

 

Выполнил: студент  2  курса 5 гр.   

 

 

                          по специальности «Электроснабжение»

                            

заочного (дневного) отделения         

 

Смелов А.Ю.          

                                                                                     

                                                                         Проверил: преподаватель

 

                                                                       по  учебной дисциплине

 

                                                                     «Теоритические основы электротехники»

 

Островская О.Н.

                                                                     

                                                                           

 

 

 

 

 

             

 

        

 

 

 

 

 

Степногорск  2016 г.

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1. Проводники и диэлектрики.........................................................

2. Закон Ома.....................................................................................

3. Проводник тока в магнитном поле. Магнитная индукция...........

4. Мощность трехфазной цепи..........................................................

5. Двухэлектродные электронные лампы (диоды)............................

6. Каково сечение стальной проволоки, если ее сопротивление

2 Ом, а длина 10^3м?.........................................................................

Заключение........................................................................................

Список использованной литературы...............................................

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Проводники и диэлектрики

           Проводник - это тело, внутри которого содержится достаточное количество свободных электрических зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля. К проводникам относятся все металлы и их сплавы, а также электротехнический уголь(каменный уголь, графит, сажа, смола и т.д.) К жидким проводникам относятся: вода, раствор солей, кислот и щелочей. К газообразным относятся ионизированные газы. Электрический ток в твердых проводниках-это направленное движение свободных электронов под действием ЭДС (электронно-движущая сила)

Свойства проводников:

1.Электрические

-Удельное сопротивление веществ от которого зависит электропроводимость.

-Сверхпроводимость-это свойство некоторых материалов при температуре равной 101(-273) проводить эл.ток без препятствий, т.е. удельное сопротивление этих материалов равно нулю

2.Физические

-плотность

-температура плавления

3.Механические

-Прочность на изгиб, растяжение и т.д., а также способность обрабатываться на станках.

4.Химические

-Свойства взаимодействовать с окружающей или противостоять коррозии.

-Свойства соединятся при помощи пайки, сварки.

        Изолятор ( или диэлектрик ) - тело не содержащее внутри свободные электрические заряды. В изоляторах электрический ток невозможен. К диэлектрикам можно отнести - стекло, пластик, резину, картон, воздух. тела изготовленные из диэлектриков называют изоляторами.   Диэлектрики обладают высоким удельным сопротивлением.Используются для защиты проводника от влаги, механических повреждений, пыли.

Диэлектрики бывают

-твердые-все неметаллы;

-жидкие-масла, синтетические жидкости СОВОЛ, СОВТОЛ;

-газообразные-все газы:воздух, кислород, азот и т.д.

Свойства диэлектриков:

1.Электрические свойства

-Электрический пробой-устанавление большого тока, под действием высокого электрического напряжения к электроиоляционному материалу определенной толщины.

-Электрическая прочность-это величина, равная напряжению, при котором может быть пробит электроизоляционному материал толщиной в единицу длины.

2.Физико-химические свойства

-Нагревостойкость-это способность диэлектрика длительно выдерживать заданную рабочую температуру без заметного изменения своих электроизоляционных качеств.

-Холодостойкость-способность материала переносить резкие перепады температуры, от +120, до - 120

-Смачиваемость-способность материала отторгать влагу, испытания проводятся в климатических камерах, типа ELKA, где изделие подвергается увлажнению, создается ТУМАН и мгновенный перепад температуры-СУШКА, и так несколько циклов!

3.Химические

-Должны противостоять активной(агрессивной) среде

-Способность склеиваться

-Растворение в лаках и растворителях, склеиваться

4.Механические

-Защита металлических проводников от коррозии

-Радиационная стойкость

-Вязкость(для жидких диэлектриков)

Вязкость-время истечения жидкости из сосуда, имеющего определенную форму и отверстие

-Предел прочности, твердости

-Обработка инструментом

 

 

 

3

 

Закон Ома

 

          Закон Ома - физический закон, определяющий зависимость между электрическими величинами - напряжением, сопротивлением и током для проводников. Впервые открыл и описал его в 1826 году немецкий физик Георг Ом, показавший (с помощью гальванометра) количественную связь между электродвижущей силой, электрическим током и свойствами проводника, как пропорциональную зависимость. Впоследствии свойства проводника, способные противостоять электрическому току на основе этой зависимости, стали называть электрическим сопротивлением (Resistance), обозначать в расчётах и на схемах буквой R и измерять в Омах в честь первооткрывателя. Сам источник электрической энергии также обладает внутренним сопротивлением, которое принято обозначать буквой r.

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению. I = U/R  значит, если к концам проводника сопротивлением R = 1Ом приложено напряжение U = 1 Вольт, тогда величина тока I в проводнике будет равна 1/1 = 1 Ампер.

Отсюда следуют ещё два полезных соотношения: Если в проводнике, сопротивлением 1 Ом, протекает ток 1 Ампер, значит на концах проводника напряжение 1 Вольт (падение напряжения).

U = IR

Если на концах проводника есть напряжение 1 Вольт и по нему протекает ток 1 Ампер, значит сопротивление проводника равно 1Ом.

R = U/I

Вышеописанные формулы в таком виде могут быть применимы для переменного тока лишь в том случае, если цепь состоит только из активного сопротивления R. Кроме того, следует помнить, что Закон Ома справедлив только для линейных элементов цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи

        Если к источнику питания подключить внешнюю цепь сопротивлением R, в цепи пойдёт ток с учётом внутреннего сопротивления источника:

I - Сила тока в цепи.

- Электродвижущая сила (ЭДС) - величина напряжения источника питания не зависящая от внешней цепи (без нагрузки). Характеризуется потенциальной энергией источника.

r - Внутреннее сопротивление источника питания.

           Для электродвижущей силы внешнеее сопротивление R и внутреннее r соединены последовательно, значит величина тока в цепи определится значением ЭДС и суммой сопротивлений: I = /(R+r)

Напряжение на выводах внешней цепи определится исходя из силы тока и сопротивления R соотношением, которое уже рассматривалось выше: U = IR

Напряжение U, при подключении нагрузки R, всегда будет меньше чем ЭДС на величину произведения I*r, которую называют падением напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания.

С этим ÿвлением мы сталкиваемся достаточно часто, когда видим в работе частично разряженные батарейки или аккумуляторы.

По мере разряда, увеличивается их внутреннее сопротивление, следовательно, увеличивается падение напряжение внутри источника, значит уменьшается внешнее напряжение U =  - I*r.

Чем меньше ток и внутреннее сопротивление источника, тем ближе по значению его ЭДС и напряжение на его выводах U.

Если ток в цепи равен нулю, следовательно,  = U. Цепь разомкнута, ЭДС источника равна напряжению на его выводах. В случаях, когда внутренним сопротивлением источника можно пренебречь (r ≈ 0), напряжение на выводах источника будет равно ЭДС ( ≈ U ) независимо от сопротивления внешней цепи R. Такой источник питания называют источником напряжения.

Закон Ома для переменного тока

              При наличии индуктивности или ёмкости в цепи переменного тока необходимо учитывать их реактивное сопротивление. В таком случае запись Закона Ома будет иметь вид: I = U/Z

Z - полное (комплексное) сопротивление цепи - импеданс. В него входит активная R и реактивная X составляющие.

             Реактивное сопротивление зависит от номиналов реактивных элементов, от частоты и формы тока в цепи. С учётом сдвига фаз φ, созданного реактивными элементами, для синусоидального переменного тока обычно записывают Закон Ома в комплексной форме:

- комплексная амплитуда тока.   = Iampe jφ

- комплексная амплитуда напряжения.   = Uampe jφ

- комплексное сопротивление. Импеданс.

φ - угол сдвига фаз между током и напряжением.

e - константа, основание натурального логарифма.

j - мнимая единица.

Iamp , Uamp - амплитудные значения синусоидального тока и напряжения.

Нелинейные элементы и цепи

             Закон Ома не ÿвляется фундаментальным законом природы и может быть применим в ограниченных случаях, например, для большинства проводников. Его невозможно использовать для расчёта напряжения и тока в полупроводниковых или электровакуумных приборах, где эта зависимость не ÿвляется пропорциональной и её можно определять только с помощью вольтамперной характеристики (ВАХ). К данной категории элементов относятся все полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы, стабилитроны, тиристоры, варикапы и т.д.) и электронные лампы. Такие элементы и цепи, в которых они используются, называют нелинейными.

 

 

4

 

Проводник тока в магнитном поле. Магнитная индукция

           

         Если в поле (или электромагнита) поместить проводник с током, который создает свое собственное магнитное поле, то оба магнитных поля, взаимодействуя между собой, создадут силу, которая стремиться вытолкнуть проводник из поля. Как видно на рисунке №1 А, магнитные силовые линии поля и проводника слева от него совпадают по направлению и их полностью здесь больше, чем справа от проводника где магнитные силовые линии проводника идут навстречу линиям поля и ослабляют одна другую. Проводник выталкивается из магнитного поля вправо. Если изменить направление тока в проводнике (рисунок №1 Б), то направление силы также изменится.

Сила с которой поле действует на проводник,

F - электромагнитная сила, (Н);

В - магнитная индукция поля, (Т);

I - сила тока в проводнике (А);

l - действующая в поле длина проводника (м).

 

            Для определения направления силы, действующей в магнитном поле, применяют правило левой руки: если расположить левую руку так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, а вытянутые четыре пальца совпадали с направлением тока проводнике, то большой палец укажет направление действия силы, приложенной к проводнику. Если два проводника с током расположить рядом друг с другом, то их магнитные поля будут взаимодействовать. Когда точки в двух параллельных проводах направлены в одну сторону (рисунок №2 А), то проводники притягиваются. Когда же токи направлены в разные стороны, проводники отталкиваются (рисунок №2 В).

Сила взаимодействия проводников, по которым проходят токи,

где I1 и I2 - силы токов в проводниках, (А); l - длина, на которой проводники взаимодействуют, (м); а - расстояние между осями проводников, (м). как видно из формулы №2 , если токи в проводниках равны, сила взаимодействия пропорциональна квадрату тока. Поэтому при коротких замыканиях в обмотках электрических аппаратов возникают очень большие усилия между витками, приводящие к механическим повреждениям аппаратов.

         Магни́тная инду́кция -- векторная величина, показывающая, с какой силой F магнитное поле B⃗  действует на заряд q, движущийся со скоростью v⃗ . Где: B⃗  -- это вектор силы Лоренца F, действующей на заряд q, который движется со скоростью v⃗ .

F=q[v⃗ ×B⃗ ]=qvBsinα.

Магнитная индукция ÿвляется основной характеристикой магнитного поля, аналогичной вектору напряжённости электрического поля. За положительное направление вектора принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле. Таким образом, исследуя магнитное поле, создаваемое током или постоянным магнитом, с помощью маленькой магнитной стрелки, можно в каждой точке пространства определить направление вектора. Такое исследование позволяет представить пространственную структуру магнитного поля. Аналогично силовым линиям в электростатике можно построить линии магнитной индукции, в каждой точке которых вектор направлен по касательной. В системе СГС магнитная индукция поля измеряется в гауссах (Гс), в системе СИ (система единиц) -- в теслах (Тл), 1 Тл = 104 Гс. Магнитометры, применяемые для измерения магнитной индукции, называют тесламетрами.

Магнитная индукция В - это векторная физическая величина, ÿвляющаяся силовой характеристикой магнитного поля в точке. Она равна отношению максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на ее площадь. Поведение подвешенного горизонтальныого прямолинейного проводника как часть электрической цепи, между полюсами широкого постоянного подковообразного магнита взаимодеймтвует в магнитном поле аналогично рисунку. Например, если магнитное поле между полюсами магнита направлено сверху вниз, то при замыкании цепи магнитные поля тока и магнита начинают взаимодействовать. Если ток в проводнике течет в разных напрвлениях, то по правилу правой руки проводник втягивается в промежуток между полюсами магнита или выталкивается из этого промежутка. Следовательно, сила, с которой внешнее магнитное поле действует на прямолинейный проводник с током, расположенный перпендикулярно линиям магнитной индукции этого поля, направлена перпендикулярно как линиям индукции, так и проводнику. Направление вектора силы Лоренца определяется правилом левой руки (см.Рис.2): в нём за направление тока нужно брать направление вектора скорости v⃗  положительного заряда q. Для случая движения отрицательно заряженных частиц четыре пальца следует располагать противоположно направлению вектора скорости. (Ладонь располагается нормально к вектору вхождения магнитных силовых линий и большой палец даёт направление движения проводника с зарядом).