Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Электрический ток —это упорядоченное движение электрических зарядов под действием сил электрического поля. В металлических проводниках и вакууме ток образуется электронным потоком, а в жидкостях и газах — потоком ионов и электронов. Чтобы получить электрический ток, необходимо собрать электрическую цепь, состоящую из источника электрической энергии, электроприемника и замкнутого проводящего пути (цепи) для движения электрических зарядов.
Различают внешнюю и внутреннюю части электрической цепи. Электроприемники и соединительные провода образуют ее внешнюю часть, а источник электрической энергии представляет собой ее внутреннюю часть.
Электрическая энергия получается в результате преобразования других видов энергии: механической в машинных генераторах, тепловой в термоэлементах, лучистой в фотоэлементах, химической в гальванических элементах и аккумуляторах и т.д. Электроприемники или потребители электроэнергии преобразуют ее в другие виды энергии: в электродвигателях — в механическую, в электрических нагревательных приборах —в тепловую, в осветительных приборах —в излучение, в аккумуляторах — в химическую и т. п.
В промышленности, сельском хозяйстве и быту широко применяется постоянный и переменный (однофазный, трехфазный) ток.
Постоянным током называется электрический ток, который не изменяется во времени и по направлению. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, то его направление считают противоположным направлению движения частиц.
Наиболее распространенные источники постоянного тока — гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы постоянного тока и выпрямительные установки.
Для количественной оценки тока в электрической цепи используют понятие «сила тока».
Сила тока — это количество электричества Q, протекающее через поперечное сечение проводника в единицу времени. Если за время t через поперечное сечение проводника переместилось количество электричества Q, то сила тока
(27.1)
Единица измерения силы тока — ампер (А). Плотность тока — это отношение силы тока / к площади поперечного сечения /'проводника:
(27.2)
В замкнутой электрической цепи ток возникает под действием источника электрической энергии, который создает и поддерживает на своих зажимах разность потенциалов (напряжение), измеряемую в вольтах (В).
Сопротивление, которое влияет на силу тока в проводнике при заданном напряжении, — важный параметр электрической цепи. Сопротивление проводника характеризует его способность противодействовать протеканию электрического тока. Единица измерения сопротивления — ом (Ом).
Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров (длины / и площади поперечного сечения F):
(27.3)
где р — удельное сопротивление, Ом ■ м.
Сопротивление проводников изменяется Т1ри изменении их температуры. С повышением температуры сопротивление металлических проводников увеличивается, а угля, растворов и расплавов солей и кислот уменьшается. Свойство проводников изменять сопротивление при изменении температуры используется в проволочных датчиках температуры.
Между напряжением, током и сопротивлением существует математическая зависимость, выражаемая законом Ома. Согласно этому закону для участка однородной цепи сила тока прямо пропорциональна значению приложенного напряжения:
(27.4)
где U— напряжение на зажимах цепи, В.
На практике применяют параллельное, последовательное и смешанное соединение элементов электрических цепей. Общеесопротивление цепи при параллельном соединении, например трех резисторов, определяют по формуле
(27.5)
При последовательном соединении общее сопротивление
(27.6)
Мощность тока
(27.7)
Единица мощности — 1 ватт (Вт) = 1 вольт х 1 ампер. Ватт — это мощность, при которой за 1 с равномерно выполняется работа в 1 Дж. Мощность также измеряется единицами, кратными ватту: киловатт — 1 кВт = 1000 Вт, мегаватт — 1 МВт = 1 000 000 Вт.
Практическая единица измерения электрической энергии — киловатт-час (кВт ■ ч) — представляет собой работу, совершаемую при постоянной мощности 1 кВт в течение 1 ч.
Выражение мощности электрического тока можно преобразовать, заменив на основании закона Ома напряжение U произведением IR. Тогда
(27.8)
Большое практическое значение имеет то, что одну и ту же мощность электрического тока можно получить при низком напряжении и большой силе тока или при высоком напряжении и малой силе тока. Это используется при передаче электрической энергии на расстояния.
При протекании электрического тока через проводник он нагревается. Количество теплоты, выделяющейся в проводнике, определяют по формуле
(27.9)
Эта зависимость называется законом Джоуля—Ленца.
На основании законов Ома и Джоуля—Ленца можно проанализировать явление, которое возникает на практике при непосредственном соединении между собой проводников, подводящих электрический ток к нагрузке. Это явление называется коротким замыканием, так как ток начинает протекать более коротким путем, минуя нагрузку. Это аварийный режим работы цепи, сопровождающийся уменьшением сопротивления и резким ростом тока.
На рисунке 27.1 показана схема включения лампы накаливания в электрическую сеть. Если сопротивление лампы R = 500 Ом, а напряжение сети U = 220 В, то в цепи лампы согласно уравнению (27.4) протекает ток силой /л = 220/500 = 0,44 А.
Рассмотрим случай, когда провода, идущие к лампе накаливания, оказываются соединенными через очень малое сопротивление (i?c = 0,01 Ом), например толстый металлический стержень. В этом случае ток цепи, подходя к точке А, будет разветвляться по двум направлениям: большая его часть пойдет по пути с малым сопротивлением — к металлическому стержню, а небольшая часть тока будет проходить по пути с большим сопротивлением — к лампе накаливания.
Определим ток, протекающийпо металлическому стержню:
При коротком замыкании напряжение сети будет меньше 220 В, так как большой ток в цепи вызовет большую потерю напряжения, и ток, протекающий по металлическому стержню, будет несколько меньше, но тем не менее во много раз превышать ток, потреблявшийся ранее лампой накаливания.
Как известно, ток, проходя по проводам, выделяет теплоту, и провода нагреваются. В рассматриваемом примере площадь поперечного сечения проводов рассчитана на небольшой ток — 0,44 А. При соединении проводов более коротким путем, минуя нагрузку, по цепи будет протекать очень большой ток — 22 000 А. Такой ток вызовет выделение большого количества теплоты, что приведет к обугливанию и возгоранию изоляции, расплавлению материала проводов, порче электроизмерительных приборов, оп-» давлению контактов выключателей, ножей рубильников и т.п. Источник электрической энергии, питающий такую цепь, также может быть поврежден. Перегрев проводов может вызвать пожар.
Каждую электрическую проводку рассчитывают на номинальный для нее ток. Для предотвращения в цепи короткого замыкания необходимо соблюдать следующие требования. Электропроводка должна соответствовать условиям работы и напряжению в сети, места соединений и ответвлений должны быть хорошо изолированы, провода необходимо прокладывать в местах, защищенных от механических и химических повреждений, а также от сырости. Чтобы избежать внезапного, опасного увеличения тока в электрической цепи при коротком замыкании, ее защищают с помощью предохранителей или автоматических выключателей, имеющих электромагнитные расцепители.
Переменный однофазный ток —это ток, изменяющийся во времени по значению и направлению. На практике применяют периодически изменяющийся по синусоидальному закону переменный ток (рис. 27.2).
Синусоидальные величины характеризуются следующими основными параметрами: периодом, частотой, амплитудой, начальной фазой или сдвигом фаз.
Период Т— время (с), в течение которого переменная величина совершает полное колебание.
Частота f— число периодов в 1 с. Единица измерения частоты — герц (Гц). Один герц равен одному колебанию в секунду.
Период и частота связаны зависимостью
В нашей стране применяют переменный ток частотой 50 Гц. Это значит, что полярность зажимов источника переменного тока частотой 50 Гц меняется 100 раз в 1 с.
Изменяясь во времени, синусоидальные величины (напряжение, ток, электродвижущая сила — ЭДС) принимают различные значения. Значение величины в данный момент времени называют мгновенным.
Амплитуда — наибольшее значение синусоидальной величины.
Переменный трехфазный ток широко распространен благодаря его важным преимуществам по сравнению с постоянным током (легко повышается и понижается напряжение с помощью трансформатора) и переменным однофазным током (значительная экономия металла на провода, а также создание вращающегося магнитного поля, которое используется в трехфазных асинхронных электродвигателях).
Дата публикования: 2015-07-22; Прочитано: 774 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!