Синусоидальным током называется периодический переменный ток, который с течением времени изменяется по гармоническому закону синуса.
Ток проводимости– это такой ток, который обусловлен колебаниями электронов и ионов в среде. Ток смещения – это ток, который обусловлен смещением электрических зарядов на границе «проводник – диэлектрик» (например, ток через конденсатор). КОНВЕКЦИО́ННЫЙ ТОК- электрический ток, обусловленныйдвижением заряженной среды или пучками заряженный частиц (электронов, ионов и т. п.), переносэлектрических зарядов, осуществляемый движением заряженного макроскопического тела. Линия токав гидро- и аэродинамике - линия, в каждой точке которой касательная к ней совпадает по направлению соскоростью частицы жидкости или газа в данный момент времени. Совокупность Л. т. позволяет нагляднопредставить картину течения жидкости или газа в данный момент времени, давая как бы моментальныйфотогр. снимок потока. Л. т. могут быть найдены аналитически, если известны компоненты скорости потока в каждой точке i В этом случае Л. т. получаются интегрированием дифференц. ур-ний Л. т.: где время t=const. Если поток плоский, т. е. при соответствующем выборе системы координат =0, а и yyзависят только от х, у, t, то для несжимаемой жидкости и установившегося течения газа эти ур-ния могут бытьпроинтегрированы в общем виде с помощью функции тока Ур-ние семейства Л. т. имеет в этом случае вид у, t)=const. Л. т. могут быть определены экспериментально, если течение сделано видимым с помощью взвешенныхчастиц, шелковинок, окрашенных струек или др. способами; при фотографировании такого течения с короткойвыдержкой получаются Л. т. Если течение жидкости установившееся, т. е. скорость в каждой точке неизменяется со временем, то Л. т. совпадает с траекториями частиц. Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы электрического тока, протекающего через элемент поверхности единичной площади[1]. При равномерном распределении плотности тока и сонаправленности её с нормалью к поверхности, через которую протекает ток, для величины вектора плотности тока выполняется: где I — сила тока через поперечное сечение проводника площадью S (также см.рисунок). Иногда речь может идти о скалярной[2] плотности тока, в таких случаях под ней подразумевается именно та величина j, которая приведена в формуле. В общем случае: , где — нормальная (ортогональная) составляющая вектора плотности тока по отношению к элементу поверхности площадью ; вектор — специально вводимый вектор элемента поверхности, ортогональный элементарной площадке и имеющий абсолютную величину, равную её площади, позволяющий записать подынтегральное выражение как обычное скалярное произведение. Как видим из этого определения, сила тока есть поток вектора плотности тока через некую заданную фиксированную поверхность. В простейшем предположении, что все носители тока (заряженные частицы) двигаются с одинаковым вектором скорости и имеют одинаковые заряды (такое предположение может иногда быть приближенно верным; оно позволяет лучше всего понять физический смысл плотности тока), а концентрация их , или где — плотность заряда этих носителей. Направление вектора соответствует направлению вектора скорости , с которой движутся заряды, создающие ток, если q положительно. Сила тока — физическая величина , равная отношению количества заряда , прошедшего через некоторую поверхность за время , к величине этого промежутка времени[1]: В качестве рассматриваемой поверхности часто используется поперечное сечение проводника. Обычно обозначается символом , от фр. intensité du courant. Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах (русское обозначение: А; международное: A), ампер является одной из семи основных единиц СИ. 1 А = 1 Кл/с. По закону Ома сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению к участку цепи и обратно пропорциональна сопротивлению проводника этого участка цепи: Носителями заряда, движение которых приводит к возникновению тока, являются заряженные частицы, в роли которых обычно выступают электроны, ионы или дырки. Сила тока зависит от заряда этих частиц, их концентрации , средней скорости упорядоченного движения частиц , а также площади и формы поверхности, через которую течёт ток. Если и постоянны по объёму проводника, а интересующая поверхность плоская, то выражение для силы тока можно представить в виде где — угол между скоростью частиц и вектором нормали к поверхности. В более общем случае, когда сформулированные выше ограничения не выполняются, аналогичное выражение можно записать только для силы тока , протекающего через малый элемент поверхности площадью : Тогда выражение для силы тока, протекающего через всю поверхность, записывается в виде интеграла по поверхности В металлах заряд переносят электроны, соответственно в этом случае выражение для силы тока имеет вид где e — элементарный электрический заряд. Полный электрический заряд замкнутой физической системы, равный алгебраической сумме зарядовслагающих систему элементарных частиц, строго сохраняется во всех взаимодействиях и превращениях частиц системы. Дрейф заряженных частиц - относительно медленное направленное перемещение заряж. частиц под действием разл. причин, налагающееся на их осн. движение (закономерное или беспорядочное). Напр., электрич. ток в к--л. среде (металлы, газы, полупроводники, электролиты) происходит под действием сил электрич. поля и обычно накладывается на тепловое (беспорядочное) движение частиц. Тепловое движение не образует макроскопич. потока, даже если средняя скорость v этого движения гораздо больше скорости дрейфа vд. Отношение vд/v характеризует степень направленности движения заряж. частиц и зависит от рода среды, рода заряженных частиц и интенсивности факторов, вызывающих дрейф. Д. з. ч. может возникать и при неравномерном распределении концентрации заряженных частиц (диффузия ),при неравномерном распределении скоростей заряженных частиц (термодиффузия). Скорость дрейфа Т. к. в знаменателе выражения стоит заряд частицы, то, если сила F действует одинаково на ионы и электроны, они будут дрейфовать под действием этой силы в противоположных направлениях (дрейфовый ток). Дрейфовый ток, переносимый частицами данного сорта: В зависимости от рода сил различают неск. типов Д. з. ч.: электрич., поляризац., гравитац., градиентный. Зако́н сохране́ния электри́ческого заря́да гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется. В интегральной форме Поток вектора плотности тока через некую заданную фиксированную поверхность есть сила тока. Вычисляется как поверхностный интеграл второго рода по поверхности . По определению Электри́ческая проводи́мость(электропроводность, проводимость) — способность тела проводить электрический ток, а такжефизическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению[1]. В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения электрической проводимости является сименс (русское обозначение: См; международное: S), определяемый как 1 См = 1 Ом-1, то есть, как электрическая проводимость участка электрической цепи сопротивлением 1 Ом. Удельной проводимостью (удельной электропроводностью) называют меру способности вещества проводить электрический ток. Согласно закону Ома в линейном изотропном веществе удельная проводимость является коэффициентом пропорциональности между плотностью возникающего тока и величиной электрического поля в среде: где — удельная проводимость, — вектор плотности тока, — вектор напряжённости электрического поля. В неоднородной среде σ может зависеть (и в общем случае зависит) от координат, то есть не совпадает в различных точках проводника. Электрическая проводимость G проводника длиной L с площадью поперечного сечения S может быть выражена через удельную проводимость вещества, из которого сделан проводник, следующей формулой: Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождениюэлектрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему[1]. Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса иволнового сопротивления. Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления. Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как где R — сопротивление, Ом; U — разность электрических потенциалов (напряжение) на концах проводника, В; I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов, А. Уде́льное электри́ческое сопротивле́ние, или просто удельное сопротивление вещества — физическая величина, характеризующая способность вещества препятствовать прохождению электрического тока. Удельное сопротивление обозначается греческой буквой ρ. Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной проводимостью (удельной электропроводностью). В отличие от электрического сопротивления, являющегося свойством проводника и зависящего от его материала, формы и размеров, удельное электрическое сопротивление является свойством только вещества. Электрическое сопротивление однородного проводника с удельным сопротивлением ρ, длиной l и площадью поперечного сечения S может быть рассчитано по формуле (при этом предполагается, что ни площадь, ни форма поперечного сечения не меняются вдоль проводника). Соответственно, для ρ выполняется Из последней формулы следует: физический смысл удельного сопротивления вещества заключается в том, что оно представляет собой сопротивление изготовленного из этого вещества однородного проводника единичной длины и с единичной площадью поперечного сечения. Удельное сопротивление, а следовательно, и сопротивление металлов, зависит от температуры, увеличиваясь с ее ростом. Температурная зависимость сопротивления проводника объясняется тем, что возрастает интенсивность рассеивания (число столкновений) носителей зарядов при повышении температуры изменяется их концентрация при нагревании проводника. Опыт показывает, что при не слишком высоких и не слишком низких температурах зависимости удельного сопротивления и сопротивления проводника от температуры выражаются формулами: ρt=ρ0(1+αt), ρt=ρ0(1+αt), Rt=R0(1+αt), Rt=R0(1+αt), где ρ0, ρt — удельные сопротивления вещества проводника соответственно при 0 °С и t °C; R0, Rt — сопротивления проводника при 0 °С и t °С, α — температурный коэффициент сопротивления: измеряемый в СИ в Кельвинах в минус первой степени (К-1). Для металлических проводников эти формулы применимы начиная с температуры 140 К и выше. Графически зависимости сопротивления металлических проводников и электролитов от температуры изображены на рисунках 1, а, б. Закон Ома для участка цепи - Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи. Закон Ома в так называемой дифференциальной форме, в которой зависимость от геометрических размеров исчезает, и тогда закон Ома описывает исключительно электропроводящие свойства материала. Для изотропных материалов имеем: где: — вектор плотности тока, — удельная проводимость, — вектор напряжённости электрического поля. Все величины, входящие в это уравнение, являются функциями координат и, в общем случае, времени. Если материал анизотропен, то направления векторов плотности тока и напряжённости могут не совпадать. В этом случае удельная проводимость является симметричным тензором ранга (1, 1), а закон Ома, записанный в дифференциальной форме, приобретает вид: 2) Сторонние силы в электродинамике - силы неэлектростатического происхождения, действующие на зарядысо стороны источников тока и вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источникапостоянного тока. Сторонние силы совершают работу по разделению зарядов и поддержанию разностипотенциалов на концах цепи. Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, то есть любых силнеэлектрического происхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура[1]. По аналогии с напряжённостью электрического поля вводят понятие напряжённость сторонних сил , под которой понимают векторную физическую величину, равную отношению сторонней силы, действующей на пробный электрический заряд, к величине этого заряда. Тогда в замкнутом контуре ЭДС будет равна: где — элемент контура. ЭДС так же, как и напряжение, в Международной системе единиц (СИ) измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого́ источника равна нулю. Электрическое напряжение на неоднородном участке цепи равно сумме напряжений на неоднородных участках цепи за вычетом падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания. Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет вид: где R — общее сопротивление неоднородного участка - разность потенциалов - электродвижущая сила (ЭДС) Закон Ома для полной цепи - сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника. Ток короткого замыкания - верхток, обусловленный повреждением с пренебрежимо малым полным сопротивлением между точками,находящимися под разными потенциалами в нормальных рабочих условиях 3)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разветвленная цепь
Рисунок 2 — Разветвленная цепь
В разветвленной цепи в каждой ветви протекает свой ток.Ветвь можно определить, как участок цепи,образованный последовательно соединенными элементами, заключенными между двумя узлами. А узел,соответственно, есть точка цепи, в которой сходится не менее трех ветвей
Законы Кирхгофа
Правила Кирхгофа (часто, в литературе, называются не совсем корректно Зако́ны Кирхго́фа) — соотношения, которые выполняются между токами и напряжениями на участках любой электрической цепи. Правила Кирхгофа позволяют рассчитывать любые электрические цепи постоянного, переменного и квазистационарного тока.[1] Имеют особое значение в электротехнике из-за своей универсальности, так как пригодны для решения многих задач в теории электрических цепей и практических расчётов сложных электрических цепей. Применение правил Кирхгофа к линейной электрической цепи позволяет получить систему линейных уравненийотносительно токов или напряжений, и соответственно, найти значение токов на всех ветвях цепи и все межузловые напряжения.
Для формулировки правил Кирхгофа вводятся понятия узел, ветвь и контур электрической цепи. Ветвью называют любой двухполюсник, входящий в цепь, например, на рис. отрезок, обозначенный R1, I1 есть ветвь. Узлом называют точку соединения трех и более ветвей (на рис. обозначены жирными точками). Контур — замкнутый цикл из ветвей. Термин замкнутый цикл означает, что, начав с некоторого узла цепи и однократно пройдя по нескольким ветвям и узлам, можно вернуться в исходный узел. Ветви и узлы, проходимые при таком обходе, принято называть принадлежащими данному контуру. При этом нужно иметь в виду, что ветвь и узел могут принадлежать одновременно нескольким контурам.
Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в каждом узле любой цепи равна нулю. При этом направленный к узлу ток принято считать положительным, а направленный от узла — отрицательным: Алгебраическая сумма токов, направленных к узлу, равна сумме направленных от узла.
Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Это правило следует из фундаментального закона сохранения заряда.
Второе правило Кирхгофа (правило напряжений Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме ЭДС ветвей этого контура. Если в контуре нет источников ЭДС (идеализированных генераторов напряжения), то суммарное падение напряжений равно нулю:
для постоянных напряжений 
для переменных напряжений 
Это правило вытекает из 3-го уравнения Максвелла, в частном случае стационарного магнитного поля.
Иными словами, при полном обходе контура потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Частным случаем второго правила для цепи, состоящей из одного контура, является закон Ома для этой цепи. При составлении уравнения напряжений для контура нужно выбрать положительное направление обхода контура. При этом падение напряжения на ветви считают положительным, если направление обхода данной ветви совпадает с ранее выбранным направлением тока ветви, и отрицательным — в противном случае.
Правила Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных линеаризованных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.
Компенсационный метод измерений- метод измерений, основанный на компенсации (уравнивании)измеряемого напряжения или эдс напряжением, создаваемым на известном сопротивлении током отвспомогательного источника. К. м. и. применяют не только для измерений электрических величин (эдс,напряжений, токов, сопротивления); он широко применяется и для измерения др. физических величин(механических, световых, температуры и т.д.), которые обычно предварительно преобразуют в электрическиевеличины.
К. м. и. является одним из вариантов метода сравнения с мерой, в котором результирующий эффектвоздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля (добиваются нулевого показания измерительногоприбора). К. м. и. отличается высокой точностью. Она зависит от чувствительности нулевого прибора (нульиндикатора), контролирующего осуществление компенсации, и от точностиопределения величины, компенсирующей измеряемую величину.
К. м. и. электрического напряжения в цепи постоянного тока состоит в следующем. Измеряемоенапряжение Ux (см. рис.) компенсируется падением напряжения, создаваемым на известном сопротивлении rтоком от вспомогательного источника Uвсп (рабочим током lp). Гальванометр Г (нулевой прибор) включается вцепь сравниваемых напряжений перемещением переключателя (П на рис.) в правое положение. Когданапряжения скомпенсированы, ток в гальванометре, а следовательно, и в цепи измеряемого напряжения Uxотсутствует. Это является большим преимуществом К. м. и. перед другими методами, так как он позволяетизмерять полную эдс источника Ux и, кроме того, на результаты измерений этим методом не влияетсопротивление соединительных проводов и гальванометра. Рабочий ток устанавливают по нормальномуэлементу (См. Нормальный элемент) EN с известной эдс, компенсируя её падением напряжения насопротивлении R (переключатель П — в левом положении). Значение напряжения Ux находят по формуле Ux= EN∙r/R, где r —сопротивление, падение напряжения на котором компенсирует Ux.
При измерении компенсационным методом силы тока Ix этот ток пропускают по известномусопротивлению R0 и измеряют падение напряжения на нём lxR0. Сопротивление R0 включают вместопоказанного на рис. источника напряжения Ux. Для измерения мощности необходимо поочередно измеритьнапряжение и силу тока. Для измерения сопротивления его включают во вспомогательную цепьпоследовательно с известным сопротивлением и сравнивают падения напряжения на них.Электроизмерительные приборы, основанные на К. м. и., называются Потенциометрами илиэлектроизмерительными компенсаторами. К. м. и. применим также для измерений величин переменного тока,хотя и с меньшей точностью. К. м. и. широко применяется в технике в целях автоматического контроля,регулирования, управления.
Схема компенсатора эдс с нормальным элементом: Uвсп — источник вспомогательного напряжения; R —калиброванное сопротивление; rpeг — регулировочное сопротивление; EN — нормальный элемент; Ip —рабочий ток; Г — гальванометр; П — переключатель; Ux — измеряемое напряжение.
Мост Уитсона -- устройство измерения сопротивления методом сравнения измеряемой величины с образцовой мерой; выполнен по схеме мостовой цепи, в измерительную диагональ которой включен нуль- индикатор или измерительный прибор (обычно гальванометр). Измерение сопротивления с помощью мостика Уитсона, является компенсационным методом измерения.
Рисунок 4.: Одинарный мост постоянного тока (Мост Уинстона): Г -- гальванометр; Е -- источник питания моста; 
-- измеряемое сопротивление; 
, 
, 
-- калибровочные установочные резисторы.
|
Сопротивление резистора меняется до тех пор, пока гальванометр (См. рис. 4) не покажет строгий ноль. В этом случае напряжения в точках B и D выровняется, и ток через измерительный прибор 
станет равен 0. Следовательно 
, 
, 
, 
.
Отсюда следует, что 
Шунт — устройство, которое позволяет электрическому току (либо магнитному потоку) протекать в обход какого-либо участка схемы, обычно представляет собой низкоомный резистор, катушку или проводник.
Шунтирование — процесс параллельного подсоединения электрического элемента к другому элементу, обычно с целью уменьшения итогового сопротивления цепи.
Например, шунты применяются для изменения верхнего предела измерения у амперметров магнитно-электрической системы. При этом необходимое сопротивление шунта рассчитывают по формуле:
где:
· 
— сопротивление шунта, Ом;
· 
— сопротивление амперметра, Ом;
· 
— максимальный ток, который будет соответствовать полному отклонению стрелки прибора, А;
· 
— номинальный максимальный ток, измеряемый амперметром без шунта, А.
Если необходимый предел измерения значительно превосходит номинальный ток амперметра, то этим током в знаменателе можно пренебречь, и тогда формула принимает вид:
..
Применение шунтов позволяет расширить пределы показаний амперметра (за счёт ухудшения разрешающей способности и чувствительности прибора).
В настоящее время, главным образом для нужд лабораторий, изготавливают универсальные приборы, снабжаемые набором шунтов и дополнительных сопротивлений. Такие приборы используются как для измерения токов, так и для измерения напряжений в очень широких пределах. Например, можно измерять токи от 1 мА до сотен ампер. Так же широк диапазон измеряемых напряжений.
4)
Метод эквивалентного преобразования схемы используют при расчете простых электрических цепей. В отдельных случаях имеется возможность применить его и для расчета сложных электрических цепей.
Суть метода эквивалентного преобразования схемы заключается в упрощении схемы, когда два (или несколько) однотипных элемента электрической цепи замещаются одним эквивалентным элементом того же типа. Под термином "эквивалентный элемент" подразумевается такой элемент, замещение на который не меняет значений токов и напряжений в остальной части электрической цепи.
Последовательное соединение резисторов при эквивалентной замене суммируется:
,
где 
– число последовательно соединенных резисторов. При данном соединении 
всегда больше большего из сопротивлений. В частном случае, если каждое из сопротивлений равно 
, то 
.
Работа тока- это работа электрического поля по переносу электрических зарядов вдоль проводника;
Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась.
Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока:
Мощность тока- отношение работы тока за время t к этому интервалу времени.
Закон Джо́уля — Ле́нца
В интегральной форме этот закон имеет вид
В дифференциальной форме
Синусоидальным током называется периодический переменный ток, который с течением времени изменяется по гармоническому закону синуса.
Синусоидальный ток — элементарный, то есть его невозможно разложить на другие более простые переменные токи[2].
Переменный синусоидальный ток выражается формулой:
, где
— амплитуда синусоидального тока;
— некоторый угол, называемый фазой синусоидального тока.
Фаза синусоидального тока изменяется пропорционально времени 
.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 348; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!