Основные законы электротехники

Раздел 2. Общие понятия об электрическом поле

Тема: Основные законы электротехники

Разработал: Музыка Олег Васильевич, преподаватель филиала № 3 ФКП образовательного учреждения №46

Введение

Электротехнические приборы используются во многих отраслях нашей жизни: в быту, в медицине, в промышленности, на военной службе, на транспорте и наверное нельзя найти отрасли, где не применялись бы эти приборы.

Работа этих приборов основана на определенных законах – законах электротехники, открытых в разное время, но им подчиняется все.

Закон Ома

Немецкий физик (который был лишь учителем математики в г. Кёльне) Георг Симон Ом проводя опыты с электрическими цепями, установил связь между напряжением, током проводника и его сопротивлением (Закон Ома). Случилось это в 1827г.

Закон Ома для участка цепи гласит:

Сила тока прямо пропорциональна напряжению приложенному к проводнику и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.

Данная зависимость трех компонентов между собой используется при, практически, всех расчетах цепей.

Рассмотрим подробно действие этого закона.

• То есть:

Сила тока проходящего по проводнику, при приложенному к его двум концам напряжению, будет зависеть от его сопротивления.

Если сопротивление проводника уменьшается, то сила тока растёт, а если сопротивление проводника высокое, то сила тока уменьшается.

Рассмотрим на примере:

Возьмем цепь:

В простой электрической цепи, состоящей из элементов электрической цепи (источника питания (U), сопротивления нагрузки (R), так как нагрузка является потребителем электрического тока) электрический ток, протекающий по цепи, будет зависеть от сопротивления потребителя.

Зададим данные:

Напряжение U – 10 В

Сопротивление нагрузки R 1 – 10 Ом

По формуле закона Ома рассчитаем силу тока I

I=U/ R 1 I 1 = 10 В/ 10 Ом, I 1 = 1 А

Изменим сопротивление нагрузки R 2 – 5 Ом

I 2 = 10 В/ 5 Ом, I 2 = 2 А , сила тока выросла

Еще изменим сопротивление нагрузки R 3 – 20 Ом

I 3 = 10 В/ 20 Ом, I 3 = 0,5А , сила тока снизилась

Вывод:

При увеличении сопротивления, сила тока уменьшается, а при уменьшении сопротивления, сила тока увеличивается

Законы Кирхгофа

В 1847 оду немецкий ученый Густав Роберт Кирхгоф установил два основных закона теории электрических цепей (первый и второй законы Кирхгофа)

Первый закон Кирхгофа

Первый закон Кирхгофа гласит:

• Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю.

или

• Сумма токов входящих в узел равна сумме токов исходящих из этого узла.

???

Давайте разберем по порядку!

Первый закон Кирхгофа

На рисунке видим узел, токи входящие I 1 и I 3 , а также токи исходящие I 2 , I 4 и I 5.

Токи входящие в узел получают знак «+», а токи исходящие из узла знак «-».

Если мы применим первый закон Кирхгофа то получим:

+I 1 +(-I 2 )+I 3 +(-I 4 )+(-I 5 )=0 упрощаем до I 1 -I 2 +I 3 -I 4 -I 5 =0

или

I 1 +I 3 =I 2 +I 4 +I 5

Второй закон Кирхгофа

Второй закон Кирхгофа гласит:

Алгебраическая сумма напряжений на всех элементах контура равна нулю

Второй закон Кирхгофа

На схеме показаны: Источник ЭДС Е, и последовательно соединенные нагрузки (сопротивления) R 1 , R 2 , R 3 и падения напряжений на них U 1 , U 2 , U 3 .

Согласно второго закона Кирхгофа:

Е=U 1 +U 2 +U 3

или

Е-(U 1 +U 2 +U 3 )=0

или

Е-U 1 -U 2 -U 3 =0

Закон Джоуля-Ленца

Джеймс Джоуль

Эмилий Ленц

английский физик

русский физик

Закон Джоуля-Ленца

В 1841 году английский физик Джеймс Прескотт Джоуль, а в 1842 году Эмиль Христианович Ленц русский физик, немецкого происхождения, независимо друг от друга

открыли и математически обосновали зависимость выделения теплоты от силы электрического тока проходящего через проводник.

В честь них был назван закон Джоуля-Ленца.

Закон Джоуля-Ленца

Согласно этому закону электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Закон Джоуля-Ленца гласит?

Количество теплоты (Q), выделяемое в единицу времени (t) в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока (I) на этом участке и сопротивления участка (R).

Что это означает?

Это означает то, что проводник нагревается при прохождении через него электрического тока, и нагрев становится сильней чем больший ток через него проходит. Кроме того длительность нагрева зависит от времени воздействия тока и сопротивления проводника.

Для чего нужен закон Джоуля-Ленца?

Закон Джоуля-Ленца необходим для выбора сечения проводов например при рассчете электрической проводки, обмотки электрических машин, для работы в определенных условиях.

Зная силу тока, сопротивление проводника мы рассчитаем количество выделяемой теплоты и выберем себе подходящее сечение провода.

СПАСИБО

ЗА

ВНИМАНИЕ