Група №1 Електротехніка

Число.03.09.2020

Тема . Основи електростатики, прості електричні, закон Кулона

1.     Коротка характеристика і зміст предмету,зв'язок з іншими предметам

 

Електротехніка — галузь науки і техніки, пов'язана із застосуванням електричних і магнітних явищ для перетворення енергії, добування і зміни складу хімічних речовин, виробництва та обробки матеріалів; галузь, що охоплює питання одержання (виробництва), розподілу, передачі на великі відстані, перетворення і застосування електроенергії. А також вона пов'язана з перетворенням енергії різних видів на електричну та оберненим перетворенням на енергію інших видів. Зв'язок електротехніці з фізикою, у фізиці багато використовується електрика для проведення різних лабораторних робіт, коли підключаєм різні прилади в роботі, з хімію так само.

Можна виділити три основних напрями електротехніки:

·  перетворення різних видів енергії природи в електричну енергію;

·  перетворення одних елементів природи в інші;

·  прийом і передача інформації.

 

 

     2. Значення електротехнічної підготовки слюсарів

 

Значення електротехнічної підготовки слюсарів з ремонту автомобіля має дуже велике значення при подальшої їхніой роботи, вони повинї знати  принципи роботи приладів (агрегатів) електроустаткування автомобілів (генераторів, стартерів, реле-регуляторів); призначення і принципи застосування спеціальних пристроїв і контрольно-вимірювальних інструментів та приладів; способи прокладки проводів; прості електромонтажні схеми з'єднань деталей і складових одиниць; основи електротехніки.

 

3. Розвиток енергетики, електротехніки, електроніки

 

Україна має значні запаси кам'яного вугілля (Донецький і Волинський басейни) і бурого вугілля (Дніпровський басейн); невеликі родовища нафти і природного газу розташовані в Прикарпатті і на північному сході країни. Ці енергетичні ресурси використовуються на великих ТЕС, (Вуглегірська, Криворізька, Бурштинська, Змієвська, Курахівська і інш.). На Дніпрі побудований каскад ГЕС (Каховська, Дніпровська, Канівська, Київська і інш.). Понад 30 % електроенергії в Україні дають АЕС (Рівненська, Запорізька, Південно-Українська і інш.). Власні паливні ресурси забезпечують лише 58 % потреб України, інша їх імпортується (г.ч. з Росії і Туркменістану). У 2001 р. структура споживання електроенергії та палива: 135,8 млрд кВт·год. Вугілля та продукти його переробки — 64,2 млн т; природний газ — 65,8 млрд куб.м; нафта і газовий конденсат — 16,9 млн т.

 

4.      Силові та еквіпотенціальні ліній, прості електричні поля

Напру́женістьелектри́чногопо́ля — цевекторнафізична величина, яка дорівнюєсилі, яка дієуданійточці простору у даний момент часу на пробнийодиничнийелектричний заряд у електричномуполі.

F=qE

де F — сила, q — електричний заряд, E— напруженістьелектричного поля.

Силова лінія

У кожній точці простору, де існує електричне поле, на заряд діє сила яка має числове значення і напрямок у просторі, тобто є вектором. Таких векторів як і точок простору, де діє поле нескінченно багато. Тому графічне зоображення електричного поля зручніше за допомогою електричних силових ліній або лінії вектора у кожній точці яких вектор буде спрямовано по дотичній. 

Еквіпотенціальні поверхнядвух точкових зарядів різнойменно заряджених – силові лінії виходять з позитивно заряджених частинок і вгодять в негативно заряджені.

Поле між двома паралельними пластинами, заряджених рівномірно різнойменним зарядами. З рисунка видно що між пластинами напруженості додаються, а поза площинами поле дорівнює нулю. Отже поле зосереджене між пластинами є однорідним у цій області.

 

 

5.Силова взаємодія заряджених тіл, закон Кулон

ЗАКОН КУЛОНА

Два точкові заряди взаємодіють із силою прямо пропорційно добутку величини зарядів та обернено пропорційно квадратові відстані між ними і спрямованої вздовж, лінії що з’єднує заряди.

6.Напруженість, потенціал потенціал і робота електричного поля.

Під час розглядурухуелектричнихзарядівпіддієюелектростатичного поля, яке здійснює роботу з переміщеннязарядів, виникаєнеобхідність ввести енергетичну характеристику поля. Робота поля не може бути його характеристикою, оскільки вона залежитьвідвеличини заряду, який переноситься. Характеристикою поля є фізична величина, яка називаєтьсярізницеюпотенціалів. Таким чином, у електростатичного поля є двіосновні характеристики:

1) силова — напруженість;

2) енергетична — різницяпотенціалів.

Різницяпотенціалів.Розглянемопереміщення заряду q з точки 1 в точку 2 в електростатичномуполі, створюваному зарядом q.

 

Оскільки робота в електростатичномуполі не залежитьвідформи шляху, то

А1 = А2 = А3 = А1-2

Отже,

Відношення

називаєтьсярізницеюпотенціалівміж точками 1 і 2:

Отже, різниця потенціалів двох точок поля — це величина, яка чисельно дорівнює роботі кулонівських сил із переміщення одиничного позитивного заряду з однієї точки в іншу.

Потенціал.Слідзвернутиувагу  на той факт, щопотенціалмаєпевнийфізичнийзмісттількитоді, коли вибранонульову точку для йоговідліку. Різниця ж потенціалівміждвома точками поля відцьоговибору не залежить і тому завждимаєпевнийфізичнийзміст.

Енергетичною характеристикою поля в даній точці прийнято величину, що називають потенціалом поля в даній точці,— це різниця потенціалів у даній точці поля й точці, в якій потенціальну енергію заряду приймають за нуль: у теорії — в нескінченності, а на практиці — на поверхні Землі.

7. Закріплення знань:

1.Напруженістьелектричногополя 

2.Потенціал.

3. Закон Кулон

 

Число.10.09.2020

Тема: Потік вектора через елементи поверхні, провідники і діелектрики в електричному полі.

1. Потік вектора через елементи поверхні

 

Введемо нову фізичну величину, що характеризує електричне поле - потік Φ вектора напруженості електричного поля. Нехай в просторі, де створено електричне поле, розташована деяка досить мала площадка ΔS. Твір модуля вектора на площу ΔS і на косинус кута α між вектором і нормаллю до майданчика називається елементарним потоком вектора напруженості через площадку ΔS (рис. 1.3.1):

ΔΦ = E ΔS cos α = E_n ΔS,

де E_n – модуль складової поля Е

2. Теорема Гауса

Потік вектора напруженості електростатичного поля Е через довільну замкнуту поверхню дорівнює алгебраїчній сумі зарядів, розташованих усередині цієї поверхні, поділеній на електричну постійну εₒ.

3. Провідники й діелектрики в електричному полі, поляризація, індукція

Характерною особливістю діелектриків є те, що вони мають дуже малу кількість вільних електронів. Тіла, в яких вільних електронів менше, ніж у провідниках, але більше, ніж у діелектриках, називаються напівпровідниками.

Якщо металевий провідник знаходиться в електричному полі з напруженістю Е1, то вільні електрони переміщуються до одного боку, який, завдяки накопиченню електронів, дістає негативний заряд, а протилежний бік провідника через нестачу електронів заряджається позитивно. Тоді в провіднику утворюється внутрішнє електричне поле з напруженістю Е2 напрямлене протилежно до зовнішнього електричного поля Е1. Цей процес відбувається швидко і доти, поки напруженості зовнішнього і внутрішнього полів не зрівняються, тобто е₁ = Е₂. Таке явище називаєтся електростатичною індукцією.

Діелектриками є: папір, повітря, скло, парафін, гума, слюда та інші матеріали. Діелектрики на одиницю об'єму мають дуже малу кількість вільних електронів та інших заряджених частинок. Тому, якщо діелектрик знаходиться в зовнішньому електричному полі, то напрямленим рухом цих частинок можна знехтувати Одночасно слід зазначити, що атоми діелектриків мають позитивно заряджене ядро і негативно заряджені, міцно зв'язані з ним, електрони. Загальний потенціал таких атомів нейтральний. Проте під дією зовнішнього електричного поля Е3 відбувається зсув орбіт обертання електронів у бік позитивного заряду цього поля. Тому атоми можна розглядати як електричний диполь, тобто сукупність двох частинок з електричними зарядами, які рівні за величиною, протилежні за знаком і мають дуже малу відстань між собою.

Поляризація

Процес одночасного зсуву орбіт  атомів діелектриків під дією електричного поля і переміщення зарядів з утворенням диполів викликає струм, який називають струмом зсуву або струмом поляризації:

де i_п — миттєве значення струму поляризації; dQ — миттєве значення заряду; dt — миттєве значення часу.

 

4. Електрична ємність. Конденсатори

Електрична ємність — це фізична величина, яка характеризує здатність провідника накопичувати електричний заряд при зміні потенціалу на один вольт. Чисельно вона дорівнює відношенню заряду провідника до його потенціалу:

Одиницею електричної ємності є фарад (Ф).

Навколо зарядженої пластини утворюється електричне поле з напруженістю Е. При різнойменних зарядах двох близько розміщених пластин з перпендикулярними силовими ями електричні поля між пл астинами додаються, і напруженість поля подвоюється, а поза пластинами — взаємно компенсуються, і напруженiсть поля дорівнює нулю.

Для утворення електричної ємності застосовують конденсатори.

Конденсатор – це пристрій призначений для накопичення заряду і енергії електричного поля.

Конденсатор у найпростішому вигляді є системою двох паралельних металевих пластин, відокремлених шаром діелектрика, можливо й повітрям. Такий конденсатор називається плоским, а його електрична ємність визначається так:

де С — ємність конденсатора, Ф; Q — заряд конденсатора, Кл;  j₁ , j₂  — потенціали пластин, U — різниця потенціалів, В.

У зарядженому конденсаторі електричні силові лінії починаються на пластині з позитивним зарядом і закінчуються на пластині з негативним зарядом. Електричне поле майже повністю зосереджено між пластинами. Зовнішні тіла й поля на нього не діють. Одиниця електричної ємності.

Електрична ємність конденсатора дорівнює одному фараду, якщо при наданні йому заряду в один кулон напруга між пластинами збільшиться на один вольт.

Фарад дуже велика одиниця, тому застосовують мікро­фарад (мкФ), пікофарад (пФ):

Ф= 10⁶ мкФ= 10¹² пФ.

Електрична ємність плоских конденсаторiв визначається формулою

де С — ємність конденсатора, (Ф); e_а — абсолютна діелектрична проникність діелектрика, Ф/м; S — площа однієї пластини, (м²); d — відстань між пластинами,(м).

Типи конденсаторів та їх застосування

Конденсатори, залежно від матеріалу діелектриків, поділяються на повітряні, керамічні, слюдяні, паперові, металопаперові та плівкові. Діелектрики можуть бути: повітряні, тверді та рідинні. Розрізняють також конденсатори постійної та змінної електричної ємності.

Конденсаторам знаходиться використання практично у всіх галузях електротехніки.

Конденсатори використовуються як фільтри при перетворенні змінного струму на постійний.

При з`єднанні конденсатора з котушкою індуктивності утворюється коливальний контур, який використовується у пристроях прийому-передачі.

За допомогою конденсаторів можна отримувати імпульси великої потужності, наприклад, у фотоспалахах.

Оскільки конденсатор здатний довгий час зберігати заряд, то його можна використовувати в якості елемента пам'яті.

 

 

Позначення за ГОСТ 2.728-74	Опис
	Конденсатор сталої ємності
	Поляризований конденсатор
	Поляризований електролітичний конденсатор
	Підлаштувальний конденсатор змінної ємності
	Конденсатор змінної ємності

 

 

 

Назва	Ємність	Електричне поле	Схема
Плоский конденсатор
Циліндричний конденсатор
Сферичний конденсатор

Запитання

1. Електрична ємність?

2 .Теорема Гауса?

3. Типи конденсаторів

4. Ємність плоского конденсатора

 Число.17.09.2020

Тема. Постійний струм та кола постійного струму

1.Струм та щільність струму

Впорядкований рух (напрямлений) заряджених частинок називається електричним струмом.

Носіями зарядів можуть бути вільні електрони (електронна провідність) або іони різного знаку (іонна провідність). Кількісною характеристикою струму є його сила I і густина j.

Щільність електричного струму ,- це векторна характеристика струму; модуль вектора дорівнює електричному заряду, проходящему за одиницю часу через одиничну площу, перпендикулярний напряму руху зарядів.

2.Резистори, величина їх опору і його залежність від температури

Рези́стор або о́пір  (від лат. resisto — опираюся) — елемент електричного кола, призначений для використання його електричного опору

Резистори характеризують номінальним значенням електричного опору (від декількох Ом до 1000 ГОм), прийнятним відхиленням від нього (0,001...20 %), максимальною потужністю розсіювання (від сотих часток Вт до декількох сотень Вт), граничною електричною напругою та температурним коефіцієнтом електричного опору.

Залежність опору резистора від температури

 При повишеній температури метал розширяється і в наслідок цього опір збільшується. а випадку рідини і вугляр зменшується опір

3.Теплова дія електричного струму

Дізнаємося про теплову дію електричного струму Теплова дія струму виявляється у нагріванні провідника, по якому тече струм. Так, коли ви прасуєте, припаюєте деталь електричним паяльником, готуєте на електричній плиті, обігріваєте кімнату електричним нагрівником, то використовуєте побутові прилади, функціонування яких ґрунтується на тепловій дії електричного струму.
Теплову дію електричного струму широко використовують не тільки в побуті, але й у промисловості та сільському господарстві, наприклад для зварювання, різання й плавлення металів, для функціонування теплиць та інкубаторів, сушіння зерна, готування сінажу тощо.
У природі ми теж зустрічаємося з тепловою дією електричного струму: енергія, що виділяється під час блискавки, може спричинити лісову пожежу

 

4.Закони Ома

Зако́н О́ма — це твердження про пропорційність сили струму в провіднику прикладеній напрузі.

У електротехніці прийнято записувати закон Ома у інтегральному вигляді

де U — прикладена напруга, I — сила струму, R — опір провідника.

Проте опір є характеристикою провідника, а не матеріалу, й залежить від довжини та поперечного перерізу провідника. Тому в фізиці застосовують закон Ома у диференціальному вигляді:

де j — густина струму, σ — питома провідність матеріалу, E — напруженість електричного поля.

Питома провідність залежить від кількості вільних носіїв заряду в провіднику і від їхньої рухливості.

Закон Ома для повного кола

де  — електрорушійна сила,  — опір навантаження, -внутрішній опір джерела струму.

Закон Джоуля — Ленца  — кількість теплоти, що виділяється струмом в провіднику, пропорційна силі струму, часу його проходження і падінню напруги.

де I — сила струму, R — опір, t — час.

закон Джоуля-Ленца в диференциальной форме можно представить так:

5.Нагрівання проводів

Електричне нагрівання провідників не завжди знаходить корисне застосування. Так, у проводах ліній електропередач нагрівання пов’язане з некорисною витратою електричної енергії, а при великій силі струму може створювати небезпеку виникнення пожеж. Щоб за­побігти надмірному нагріванню лінійних проводів, а також різних обмоток електричних машин та апаратів з ізольованого дроту, для електричної апаратури встановлено норми максимальних сил струмів, що пропускаються по проводу чи обмотці.

6.Максимально пропустимий струм у проводі

Розрахунок провідників за формулами, що ґрунтуються на зако­нах нагрівання, дуже складний. Допустиму для даної сили струму площу перерізу провідника на практиці визначають за таблицями допустимих тривалих навантажень струму на проводи та кабелі, на­веденими у Правилах устаткування електроустановок.