3 закон кирхгофа

Узел, контур, ветвь. Определения.)

Поиск Лекций

⇐ Предыдущая123

Эл.цепь называется линейной, если она содержит только линейные элементы.

Линейный элемент – это сопротивление, которое не зависит от протекающего тока и действующего напряжения.

Точка на схеме называется узлом, если в ней соединяются 2 или более проводов.

Ветвь эл.цепи – ее участок, состоящий из одного или нескольких элементов, соединенных так, что по ним протекает один и тот же ток.

Контур эл.цепи – это замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

1 закон:

Сумма втекающих в узел токов равна сумме вытекающих из узла токов.

Закон

Алгебраическая сумма ЭДС в контуре равна алгебраической сумме напряжений на всех элементах этого

Контура.

Билет №9

Первый закон Кирхгофа)

Первый закон Кирхгофа или закон токов Кирхгофа гласит: сумма токов, втекающих в узел, равна сумме токов, вытекающих из узла. Так как токи, которые вытекают из узла берутся с отрицательным знаком, то существует другая формулировка первого закона Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в узле равна нулю.

Рассмотрим схему на рисунке 1.

Здесь ток I1- полный ток, притекающий к узлу А, а токи I2 и I3 — токи, вытекающие из узла А. Следовательно, можно записать:

I1 = I2 + I3

Аналогично для узла B

I3 = I4 + I5

Предположим, что I4 = 2 мА и I5 = 3 мА, получим

I3 = 2 + 3 = 5 мА

Приняв I2 = 1 мА, получим

I1 = I2 + I3 = 1+5 = 6 мА

Далее можно записать для узла C

I6 = I4 + I5 = 2+3 = 5 мА

и для узла D

I1 = I2 + I6 = 1+5 = 6 мА

Математическая запись)

Первый закон Кирхгофа

В любом узле электрической цепи алгебраическая сумма токов равна нулю

,

где m – число ветвей подключенных к узлу.

При записи уравнений по первому закону Кирхгофа токи, направленные к узлу, берут со знаком «плюс», а токи, направленные от узла – со знаком «минус».

3.(применение к расчету цепей)

Метод непосредственного применения законов Кирхгофа для расчета электрической цепи заключается в составлении системы из В уравнений с В неизвестными (B — количество ветвей в рассматриваемой цепи) по двум законам Кирхгофа и последующем их решении.

Билет №10

Второй закон Кирхгофа)

Второй закон Кирхгофа.

Второй закон (правило) Кирхгофа — алгебраическая сумма напряжений на элементах контура электрической цепи равна нулю.
Контур электрической цепи — замкнутый проводящий ток путь образованный элементами электрической цепи.

Математическая запись)

Второй закон Кирхгофа

В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на всех его участках

где n – число источников ЭДС в контуре;
m – число элементов с сопротивлением Rk в контуре;
Uk=RkIk – напряжение или падение напряжения на k-м элементе контура.

3.(применение к расчету цепей)

Метод непосредственного применения законов Кирхгофа для расчета электрической цепи заключается в составлении системы из В уравнений с В неизвестными (B — количество ветвей в рассматриваемой цепи) по двум законам Кирхгофа и последующем их решении.

Топологические понятия электрических цепей: ветвь, узел, контур.

Электрическая цепь, ее элементы, схема замещения.

Электрическая цепь – это совокупность устройств, предназначенных для взаимного преобразования, передачи и распределения электрической энергии. Если все эти три процесса происходить при токах и напряжениях постоянных во времени, то такие цепи наз-ся цепями постоянного тока. Отдельное устройство, входящее в состав электрической цепи и выполняющее в ней определённую функцию, называется элементом электрической цепи. К основным элементам относятся источники электрической энергии и приёмники этой энергии. (источники энергии, резисторы, катушки, конденсаторы, гальванические элементы, камутаторы и т.д.). Схема замещения – графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения её основных элементов и способы их соединения. На этой схеме реальные элементы замещаются расчётными моделями (идеализированными элементами). Схемами замещения пользуются при расчёте режима работы электрической цепи.

Топологические понятия электрических цепей: ветвь, узел, контур.

Узел -это участок электрической схемы, где сходиться 3 и более токов.

Ветвь – это участок электрической схемы, на котором все элементы соединены последовательно и по которым течет один и тот же ток.

Контур -любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

3. Законы Кирхгофа для цепей постоянного тока.

Первый закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле равна нулю.

Количество уравнений по первому закону: у – 1. У – количество узлов.

Второй закон Кирхгофа.1)Алгебраическая сумма напряжений в замкнутом контуре равна нулю.

2) Алгебраическая сумма падений напряжений в замкнутом контуре равна алгебраической сумме ЭДС.

Количество уравнений по второму закону : кол-во ветвей — кол-во ур в 1зак.

Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 21

Среднее значение плотности потока энергии (т. е. потока энергии через единичную площадку, нормаль к которой совпадает с направлением переноса энергии), переносимой волной, принято называть интенсивностью. Плотность потока энергии, испускаемой излучающим телом во всех направлениях, называют энергетической светимостью тела . Единица измерения — ватт на метр квадратный (1 Вт/ м2).

Тепловое излучение представляет собой совокупность волн с различными частотами w или длинами волн l. Введем обозначение для потока энергии, испускаемый единицей поверхности тела в интервале частот dw. При малом интервале dw поток будет пропорционален dw

, (2.1)

где — спектральная испускательная способность, т. е. плотность потока энергии, испускаемой телом в единичном интервале частот. Испускательная способность зависит от температуры тела. Энергетическая светимость, или интегральная испускательная способность, связана со спектральной испускательной способностью соотношением

.

Вместо частоты w излучение можно характеризовать длиной волны l. Участку спектра dw в этом случае будет соответствовать диапазон длин волн dl. Дифференцируя выражение , получаем

, (2.2)

где с – скорость света в вакууме. Знак «минус» во втором выражении не имеет существенного значения, он лишь указывает на то, что с возрастанием одной величины другая убывает. Поэтому знак «минус» в дальнейшем писать не будем. Тогда

. (2.3)

Если диапазоны dw и dl, входящие в выражения (2.1) и (2.3), соответствуют одному и тому же интервалу dR, т. е. , то с учетом (2.2) получаем

. (2.4)

Соотношение (2.4) устанавливает взаимосвязь между плотностями потока энергии приходящимися на единичные интервалы частоты и длины волны.

Пусть на элементарную площадку поверхности тела падает поток лучистой энергии , обусловленный электромагнитными волнами, частота которых заключена в интервале dw. Часть этого потока ( ) будет поглощена телом. Безразмерная величина, определяемая соотношением

,

называется поглощательной способностьютела. Поглощательная способность тела зависит от частоты и температуры. По определению, значение не может быть больше 1. Для тела, полностью поглощающего падающее на него излучение во всем диапазоне частот, . Такое тело называется абсолютно черным телом(АЧТ). Тело, для которого , называется серым.

Испускательная ( ) и поглощательная ( ) способности любого тела связаны между собой. Эта связь устанавливается законом Кирхгофа: отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела, оно является универсальной для всех тел функцией частоты (длины волны) и температуры. Это отношение называют универсальной функцией Кирхгофа

,

Сами значения величин и у разных тел могут быть различными.Для абсолютно черного тела, по определению, , следовательно, . Таким образом, универсальная функция Кирхгофа есть не что иное, как испускательная способность абсолютно черного тела. Если пользоваться функцией Кирхгофа для длины волны , то связь между функциями следующая:

. (2.5)

Абсолютно черных тел в природе не существует, однако если в ограниченном диапазоне частот (или длин волн) поглощательная способность тела зависит от w и T так же, как и у АЧТ, то такое тело можно считать абсолютно черным в определенном интервале частот. Например, сажа или платиновая чернь имеют поглощательную способность близкую к единице лишь в ограниченном интервале частот.

Можно создать устройство, достаточно близкое по своим свойствам к абсолютно черному телу. Схематическое изображение АЧТ представлено на рис. 2.1. Оно представляет собой почти замкнутую полость с малым отверстием. Излучение, проникшее внутрь через отверстие, прежде чем выйти обратно из отверстия, претерпевает многократные отражения от зачерненной поверхности. При каждом отражении часть энергии поглощается, в результате чего практически все излучение поглощается такой полостью.

3. Закон Стефана – Больцмана и закон Вина.
Формула Рэлея – Джинса

Теоретическое объяснение законов излучения абсолютно черного тела имело огромное значение в истории физики – оно привело к появлению квантовой теории. Долгое время попытки получить теоретический вид функции не давали общего решения задачи. Английский ученый Стефан в 1879 г., анализируя экспериментальные данные для различных тел, пришел к выводу, что энергетическая светимость любого тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. Однако последующие более точные измерения показали ошибочность его выводов. Так, Больцман в 1884 г., исходя из термодинамических соображений, получил теоретическое выражение для энергетической светимости абсолютно черного тела

, (3.1)

где s = 5,7 × 10-8 Вт / (м2×К4) есть постоянная Стефана – Больцмана; Т – абсолютная температура. Формула (3.1) является математической формулировкой закона Стефана – Больцмана. Таким образом, вывод, к которому пришел Стефан для серых тел, оказался справедливым только для абсолютно черных тел.

Воспользовавшись, кроме термодинамики, электромагнитной теорией, в 1893 г. В. Вин показал, что функция спектрального распределения энергии излучения должна иметь вид

,

где F – некоторая функция отношения частоты к температуре. Для функции с учетом (2.5) получается выражение

, (3.2)

где – некоторая функция произведения . Соотношение (3.2) позволяет установить зависимость между длиной волны , на которую приходится максимум функции , и температурой. Продифференцировав соотношение (3.2) по l и приравняв первую производную к нулю, получим

, (3.3)

где b = 2.9 × 10-3 м × К – универсальная постоянная. Формула (3.3) получила название закона Вина, или закона смещения Вина. Экспериментальные зависимости испускательной способности абсолютно черного тела от длины вол­ны показаны на рис. 3.1. Разные кривые соответствуют различным значениям температуры АЧТ. Площадь под каждой кривой численно равна энергетиче­ской светимости АЧТ при соответствующей температуре. Из анализа представленных на рис. 3.1 результатов следует, что энергетическая светимость АЧТ возрастает с увеличением температуры. Максимум испускательной способности, а следовательно, и с увеличением температуры сдвигается в сторону более коротких волн.

Попытка объяснить вид кривых теплового излучения (рис. 3.1), исходя из законов классической физики, была сделана Рэлеем и Джинсом. Из уравнений Максвелла для электромагнитного поля следует, что, с энергетической точки зрения, «черное» излучение в полости эквивалентно излучению системы из бесконечно большого числа не взаимодействующих друг с другом гармонических излучателей (радиационных осцилляторов), собственные частоты которых равны частотам соответствующих компонентов «черного» излучения. Методами статистической физики Рэлей и Джинс получили следующее выражение

, (3.4)

где – величина, пропорциональная плотности радиаци­он­ных осцилляторов; e – средняя энер­гия осциллятора. По классиче­ско­му закону о равномерном распре­деле­нии энергии по степеням свободы сис­темы, находящейся в термодина­ми­че­с­ком равновесии e = kT, фор­мула Рэ­лея – Джинса принимает вид

. (3.5)

Отметим особенность формулы Рэлея – Джинса: заряд осциллятора, масса осциллятора, все частные свойства осциллятора не входят в полученное выражение. На рис. 3.2 показана зависимость испускательной способности f(w) АЧТ от частоты. Кривая с максимумом – это экспериментальная зависимость (подобная кривым на рис. 3.1); другая кривая построена по формуле Рэлея – Джинса (3.5). В области малых частот (больших длин волн) значения функции (3.5) довольно хорошо согласуются с экспериментом. Представленные на рис. 3.2 зависимости расходятся в области высоких частот (коротких длин волн). Такое расхождение расчетных и экспериментальных данных получило название «ультрафиолетовая катастрофа». И только отказ от некоторых представлений классической физики позволил дать объяснение свойствам излучения черного тела.

Формула Планка

В 1900 г. немецкому физику Максу Планку удалось найти вид функции , в точности соответствующий опытным данным. Для этого ему пришлось сделать предположение, совершенно чуждое классическим представлениям, а именно, допустить, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии (квантов), пропорциональных частоте излучения:

,

где n – частота излучения; h – коэффициент пропорциональности, получивший название постоянной Планка, h = 6.625 × 10-34 Дж × с; = h/2p =
= 1.05 × 10–34 Дж × с = 6.59 × 10-14 эВ × с; w = 2pn – круговая частота. При этом, если излучение испускается квантами , то его энергия en должна быть кратной этой величине:

(4.1)

Плотность распределения радиационных осцилляторов была подсчитана Планком классически. Согласно распределению Больцмана, число частиц Nn, энергия каждой из которых равна en, определяется формулой

, n = 1, 2, 3… (4.2)

где А – нормировочный множитель; k – постоянная Больцмана. Используя определение среднего значения дискретных величин, получаем выражение для средней энергии частиц, которое равно отношению полной энергии частиц к полному числу частиц:

,

где число частиц, обладающих энергией . С учетом (4.1) и (4.2) выражение для среднего значения энергии частиц имеет вид

Последующие преобразования приводят к соотношению

Таким образом, функция Кирхгофа, с учетом (3.4), имеет вид

А). Сформулируйте закон Кирхгофа для теплового излучения. Какой физический смысл имеет универсальная функция Кирхгофа?

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 9

Отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела, оно является для всех тел одной и той же (универсальной) функцией длины волны и температуры.

Закон Кирхгофа: где — испускательная способность тела, – поглощательнаяспособность, — универсальная функция Кирхгофа, Т -температура тела.

Сами величины и , взятые отдельно, могут меняться чрезвычайно сильно при переходе от одного тела к другому. Отношение их одинаково для всех тел. Это значит, что тело, сильнее поглощающее какие-либо лучи, будет сильнее эти лучи и испускать.

Физический смысл имеет универсальная функция Кирхгофа: — универсальная функция Кирхгофа есть не что иное, как испускательная способность абсолютно черного тела.

б). Когда свет с широким диапазоном длин волн проходит через га­зообразный водород при комнатной температуре, то наблюдаются линии поглощения только серии Лаймана. Почему не наблюдаются линии поглощения других серий?

Серия поглощения Лаймана соответствует переходам электрона в атоме водорода с основного состояния Атом находится в основном, а не в возбужденном состоянии. Действительно, для перехода атома в возбужденное состояние требуется сообщить атому энергию. Такая энергия передается атомам при столкновении их друг с другом. При комнатной температуре средняя кинетическая энергия атомов газа Эта энергия совершенно недостаточна для перевода атома в возбужденное состояния. Для этого требуется энергия порядка нескольких электровольт.

в). В чем состоит суть ядерной модели атома, предложенной Резерфордом? На основании результатов, каких экспериментов Резерфорд ее предложил? Почему ядерная модель атома оказалась несостоя­тельной?

Существенную роль в создании классической модели атома сыграли опыты Резерфорда по рассеянию частиц. Он исследовал рассеяние -частиц на Ме фольгах.

Ядерная модель атома Резерфорда. Согласно этой модели атом состоит из положительного ядра, имеющего заряд Zе (Z — порядковый номер элемента в таблице Менделеева, е — элементарный заряд), размер 10-5 -10-4 А (1А= 10-10 м) и массу практически равную массе атома. Вокруг ядра по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Так как атомы нейтральны, то вокруг ядра должно вращаться Z электронов, суммарный заряд которых — Zе. Размеры атома определяются размерами внешних орбит электронов. Масса электронов составляет очень малую долю массы ядра. Итак, ядро атома занимает ничтожную часть объема атома и в нем сосредоточена практически вся (» 99,95%) масса атома. Резерфорд предположил, что атом устроен подобно планетарной системе. Как вокруг Солнца на больших расстояниях от него обращаются планеты, так электроны в атоме обращаются вокруг атомного ядра. Радиус круговой орбиты самого далекого от ядра электрона и есть радиус атома. Такая модель атома была названа планетарной моделью. Планетарная модель атома объясняет основные закономерности рассеяния заряженных частиц. Так как большая часть пространства в атоме между атомным ядром и обращающимися вокруг него электронами пуста, быстро заряженные частицы могут почти свободно проникать через довольно значительные слои вещества, содержащие несколько тысяч слоев атомов. При столкновениях с отдельными электронами быстрые заряженные частицы испытывают рассеяние на очень большие углы, так как масса электрона мала. Однако в тех редких случаях, когда быстрая заряженная частица пролетает на очень близком расстоянии от одного из атомных ядер, под действием силы электрического поля атомного ядра может произойти рассеяние заряженной частицы на любой угол до 180°.Результаты опытов по рассеиванию — частиц свидетельствуют в пользу ядерной модели Резерфорда. Однако ядерная модель оказалась в противоречии с законами классической механики и электродинамики. Поскольку система неподвижных зарядов не может находиться в устойчивом состоянии, Резерфорду пришлось отказаться от статической модели атома и предположить, что электроны движутся вокруг ядра, описывая замкнутые траектории. Но тогда электрон будет двигаться с ускорением, т.к. согласно классической электродинамике, он должен непрерывно излучать электромагнитные (световые) волны. Этот процесс должен сопровождаться потерей энергии и электрон в конечном итоге должен упасть на ядро.


г). Как, исходя из соотношения неопределенностей, объяснить нали­чие естественной ширины спектральных линий?

Среднее время жизни электрона в возбужденном нестабильном состоянии атома . Это – неопределенность времени, так как невозможно указать точный момент времени, когда электрон переходит в основное состояние. Соотношение неопределенностей можно записать для энергии и времени: . Отсюда: все уровни энергии возбужденных состояний «размыты» в полоски ширины . Фотоны, излучаемые при идентичных переходах в основное состояние,

могут иметь разную частоту. Неопределенность частоты: . Все спектральные линии будут размыты в полоски ширины: . Эта ширина называется естественной шириной спектральной линии и не может быть уменьшена ни одним спектрографом, даже если его разрешающая способность идеальна.

Ширина основного уровня энергии , так как время нахождения на нем электрона

2.Плоская световая волна интенсивности I=0,70 Вт/кв.см освещает шар с абсолютно зеркальной поверхностью. Радиус шара r=5,0 см. Найти с помощью корпускулярных представлений силу светового давления, испытываемую шаром.

2. Основываясь на том, что первый потенциал возбуждения водородного атома Ф1=10,2В, определить энергию фотона, соответствующего первой линии серии Бальмера.

Решения нет*(

Билет 7

А). Запишите формулу Планка. Используя формулу Планка получите формулу Рэлея-Джинса и правило смешения Вина.

Правило смещения Вина. Если испускательная способность абсолютно черного тела достигает максимального значения при l=lm, то производная по l от испускательной способности в выражении должна обращаться в ноль при l=lm. Взяв производную по l и введя

обозначение , получаем уравнение xex-5ex+5=0. Единственное решение этого транцендентного уравнения x@4.965, тогда

— постоянная Вина. Формула Рэлея-Джинса. Как упоминалось выше, формула Рэлея-Джинса хорошо согласуется с экспериментальными данными для случая больших

температур и малых частот, т.е. . Тогда можно записать

, и значение испускательной способности абсолютно черного тела будет равно , что совпадает с формулой Рэлея-Джинса

б). Какие типы лазеров вы знаете? Объясните принцип действия наи­более распространенного — He-Ne лазера.

Существует несколько классификаций лазеров. По типу активной среды они делятся на газовые, твердотельные, жидкостные и полупроводниковые. По временным характеристикам излучения: на непрерывные и импульсные. Можно классифицировать лазеры также по типу накачки, по типу резонатора и.т.д.

Инверсия населенности в гелий-неоновом лазере достигается при помощи газового разряда. В газовом разряде электроны ускоряются электрическим полем, сталкиваются с атомами и ионизуют их, вызывая появление вторичных электронов, которые в свою очередь также ускоряются, и т. д. Часть атомов при столкновениях не ионизуется, а возбуждается. При определенных условиях (давлении газа, напряжении на трубке) доля возбужденных атомов может оказаться столь велика, что возникнет инверсия населенности. В гелий-неоновом лазере рабочим веществом являются нейтральные атомы Ne. Они могут быть возбуждены непосредственно в газовом разряде. Однако времена жизни уровней неона таково, что инверсная населенность, создаваемая таким образом, невелика. Поэтому дополнительно используется резонансная передача возбуждения атомами гелия, которые присутствуют в разряде в качестве примеси. При этом используется тот факт, что энергии уровней E2 и E3 гелия весьма близки к энергиям уровней E4 и E5 неона. Для того, чтобы процесс передачи энергии эффективно шел от He к Ne, а не наоборот, отношение парциальных давлений He и Ne должно быть приблизительно 3:1.Рабочими переходами Ne являются переходы E5®E3и E4®E3, при этом длины волн лазерного излучения равны l53=0,63 мкм и l43=1,15 мкм. Выбор длины волны излучения He-Ne лазера осуществляется выбором типа интерференционных зеркал. Энергетический уровень E3 опустошается за счет безизлучательных переходов на уровень E2.

в). Источником световой энергии, излучаемой Солнцем и звездами, служит ядерный синтез. Какие условия в недрах звезд делают воз­можным протекание термоядерных реакций?

Для осуществления ядерного синтеза необходимо сблизить ядра легких элементов на расстояние , поскольку на таких расстояниях существуют ядерные силы. Такому сближению мешает кулоновское отталкивание ядер. Звезды за счет своей огромной массы испытывают пр. гравитационное сжатие. За счет него во внутренних слоях звезды и происходит сближение ядер – осуществляется термоядерный синтез

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Применение законов Кирхгофа для цепей переменного тока.

Первый закон Кирхгофа

Формулировка: Сумма всех токов, втекающих в узел, равна сумме всех токов, вытекающих из узла.

Или Алгебраическая сумма всех токов в узле равна нулю.

Поясню первый закон Кирхгофа на примере рисунка 2.

Здесь ток I1- ток, втекающий в узел , а токи I2 и I3 — токи, вытекающие из узла.

I1 = I2 + I3 (1)

Что бы подтвердить справедливость формулировки №2, перенесем токи I2 и I3 в левую часть выражения (1), тем самым получим:

I1 — I2 — I3 = 0 (2)

Знаки «минус» в выражении (2) и означают, что токи вытекают из узла.

Знаки для втекающих и вытекающих токов можно брать произвольно, однако в основном всегда втекающие токи берут со знаком «+», а вытекающие со знаком «-» (например как получилось в выражении (2)).

Второй закон Кирхгофа.

Формулировка: Алгебраическая сумма ЭДС, действующих в замкнутом контуре, равна алгебраической сумме падений напряжения на всех резистивных элементах в этом контуре.

Здесь термин «алгебраическая сумма» означает, что как величина ЭДС так и величина падения напряжения на элементах может быть как со знаком «+» так и со знаком «-«.

E1- Е2 = -UR1 — UR2 или E1 = Е2 — UR1 — UR2

Баланс мощностейявляется следствием закона сохранения энергии — суммарная мощность вырабатываемая (генерируемая) источниками электрической энергии равна сумме мощностей потребляемой в цепи.

Условие баланса мощностей заключается в том, что сумма мощностей всех элементов цепи равна нулю. В цепи постоянного тока мощность участка цепи равна произведению силы тока на напряжение на этом участке. Если направление силы тока и напряжения на каком-либо участке не совпадает, перед соответствующим слагаемым ставится знак «–».

№3

Закон Ома — это физический закон, определяющий связь между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника в электрической цепи.

Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.
Закон Ома гласит:
Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка.
И записывается формулой: I=U/R

Где: I — сила тока (А) , U — напряжение (В) , R — сопротивление (Ом) .
что закон Ома можно применять для расчёта гидравлических, пневматических, магнитных, электрических, световых, тепловых потоков и т. д. ,

Применение законов Кирхгофа для цепей переменного тока.

законы Ома и Кирхгофа справедливы для мгновенных токов и напряжений.

Сумма комплексных токов в проводах, сходящихся в узле электрической цепи, равна нулю:


Сумма комплексных ЭДС, действующих в замкнутом контуре, равна сумме комплексных падений напряжений в ветвях этого контура:

№4

ПОЛУЧЕНИЕ ЭДС

Простейший трёхфазный генератор состоит из трёх одинаковых обмоток, скреплённых между собой под углами 120° и вращающихся в однородном магнитном поле В с угловой скоростью ω (рис. 1). Это – фазные обмотки, или фазы генератора. Их обозначают буквами А, В, С, или же цифрами 1, 2, 3. В настоящей работе используется цифровое обозначение фаз.

В промышленных трёхфазных генераторах фазные обмотки являются неподвижными и размещаются под углами 120° в пазах статора, как показано на рис. 2. а вращающееся магнитное поле создаётся обмоткой возбуждения, уложенной в пазах ротора и питаемой от отдельного генератора постоянного напряжения. Ротор вращается каким-либо двигателем, например, гидро- или паротурбиной.

№7

Для уменьшения количества проводов, необходимых для соединения нагрузки с источником питания, или же для уменьшения количества пульсаций в выпрямителях, или же повышения передаваемой мощности без повышения напряжения сети используют разные схемы соединения обмоток, как нагрузки, так и источника. Наиболее распространенными схемами соединения являются треугольник и звезда.

При соединении звездой концы обмоток фаз соединяются вместе в одной точке (в нашем случае показаны как x,y,z), которая носит название нейтральной точки или нуля, и обозначается буквой N. Также нейтральная точка (нейтраль) или ноль может быть соединена с нейтралью источника, а может быть и не соединена. В случае, когда нейтрали источника и приемника электрической энергии соединены, такая система будет называться четырехпроводной, а в случае если не соединены – трехпроводной.

А вот при соединении в треугольник концы обмоток не соединяются в общую точку, а соединяются с началом следующей обмотки. А именно, конец обмотки фазы А (на схеме указан х) соединяется с началом фазы В, а конец фазы (y) соединяется с началом фазы С, и, как вы наверно уже догадались, конец фаз С (z) с началом фазы А. Также следует помнить, что если при соединении в звезду система может быть как трехпроводной, так и четырехпроводной, то при соединении в треугольник система может быть только трехпроводной.


Принцип вращения ротора

Принцип работы ротора основан на электромагнитном законе Фарадея. Вращается он благодаря воздействию электродвижущей силы, возникающей в результате взаимодействия магнитных потоков и обмотки ротора. На деле это выглядит так: между статором, ротором и их обмотками существует некий зазор, сквозь который проходит вращающийся магнитный поток. В результате этого в проводниках ротора возникает напряжение, которое и является причиной образования ЭДС.

Двигатели с замкнутой цепью роторных проводников работают немного иначе. В этих типах двигателей используются короткозамкнутые роторы, в которых направление движения тока и электродвижущей силы задается правилом Ленца, согласно которому ЭДС противодействует возникновению тока. Вращение ротора происходит благодаря магнитному потоку, движущемуся между ним и неподвижным проводником.

Таким образом, для уменьшения относительной скорости, ротор начинает синхронное вращение с магнитным потоком на обмотке статора, стремясь к вращению в унисон. При этом частота электродвижущей силы ротора равняется частоте питания статора.

№10

Трансформатор – статистический электромагнитный аппарат преобразующий систему переменного тока одного напряжения в систему переменного тока другого напряжения.

Назначение: трансформаторы служат для передачи и распределения электроэнергии потребителей.

Трансформаторы бывают: повышающие, понижающие однофазные, трех и многофазные. Силовые, измерительные, испытательные.

Активными элементами трансформатора являются

1. магнитопровод
2. обмотки
Магнитопровод с обмоткой помещается в бак с трансформатором маслом, которое служит для изоляции и охлаждения

Действие трансформатора основано на явлении взаимной индукции. Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника переменного тока, то по ней будет протекать переменный ток, который создаст в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, будет индуктировать в ней э. д. с. Если вторичную обмотку замкнуть на какой-либо приемник энергии, то под действием индуктируемой э. д. с. по этой обмотке и через приемник энергии начнет протекать ток

№11

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА. КОЭФФИЦИЕНТ ТРАНСФОРМАЦИИ.

Работа трансформатора основана на явлении вза­имной индукции, которое является следствием закона электромагнитной индукции.

Рассмотрим более подробно сущность процесса трансформации тока и напряжения. При подключении первичной обмотки трансформа­тора к сети переменного тока напряжением по обмотке начнет проходить ток, который создаст в магнитопроводе пе­ременный магнитный по­ток. Магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней, которую можно использовать для питания нагрузки.

. Отношение чисел витков обмоток трансформатора называют коэффициентом трансформа­ции k.

Таким образом, коэффициент трансформации по­казывает, как относятся действующие значения ЭДС вторичной и первичной обмоток.

В любой момент времени отноше­ние мгновенных значений ЭДС вторичной и первичной обмоток равно коэффициенту трансформации.

Отношение напряжений на обмотках нена­груженного трансформатора указывается в его пас­порте.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ подробный: Под действием подведенного переменного напряжения U1в первичной обмотке трансформатора возникает переменный ток I1, который, проходя по виткам обмотки трансформатора, возбуждает в сердечнике магнитопровода переменный магнитный потокФ1. Этот поток индуцируете1и е2в обмотках трансформатора. ЭДСе1 уравновешивает основную часть U1источника, ЭДСе2 создает напряжениеU2на выходных зажимах трансформатора. При замыкании вторичной цепи возникает токI2, который образует собственный магнитный потокФ2, накладывающийся на поток первичной обмотки. В результате создается общий магнитный поток Ф =Фmsin2pft (Фm— амплитудное значение магнитного потока трансформатора;f— частота переменного тока), сцепленный с витками обеих обмоток трансформатора. ПотокФназывается главным потоком или потоком взаимной индукции. При изменении этого потока в обмотках трансформатора индуцируются основные ЭДС -е1и е2.

Коэффициент трансформации трансформатора — это величина, выражающая масштабирующую (преобразовательную) характеристику трансформатора относительно какого-нибудь параметра электрической цепи (напряжения, силы тока, сопротивления и т. д.).

Для силовых трансформаторов, ГОСТ 16110-82 определяет коэффициент трансформации — как «отношение напряжений на зажимах двух обмоток в режиме холостого хода», и «принимается равным отношению чисел их витков»

№12

ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

В линиях электропередачи используют в основном трехфазные силовые трансформаторы.

Магнитопровод трехфазного трансформатора имеет три стержня, на каждом из которых размещают­ся две обмотки одной фазы.

Для подключения трансформатора к линиям элек­тропередачи на крышке бака имеются вводы, пред­ставляющие собой фарфоровые изоляторы, внутри которых проходят медные стержни. Вводы высшего напряжения обозначают буквами А, В, С, вводы низ­шего напряжения — буквами а, b, с. Ввод нулевого провода располагают слева от ввода а и обозначают О.

Особенностью трехфазного трансформато­ра является зависимость коэффициента трансформа­ции линейных напряжений от способа соединения об­моток.

Применяются главным образом три способа соеди­нения обмоток трехфазного трансформатора:

1) соединение первичных и вторичных обмоток звездой (рис. 7.8, а);

2) соединение первичных обмоток звез­дой, вторичных — треугольником (рис. 7.8, б);

3) со­единение первичных обмоток треугольником, вторич­ных—звездой (рис. 7.8, в).

Обозначим отношение чисел витков обмоток одной фазы буквой k, что соответствует коэффициенту транс­формации однофазного трансформатора и может быть выражено через отношение фазных напряжений:

k = w2/w1≈U2ф/U1ф

при одном и том же числе витков обмоток трансформатора можно в √3 раза увеличить или уменьшить его коэффициент трансформации, вы­бирая соответствующую схему соединения обмоток.

Специальные трансформаторы – это устройства, которые позволяют изменить характеристики электрического тока: сбалансировать фазы, снизить пульсации, изменить число фаз, стабилизировать ток, изменить частоту тока (умножители частоты) или выполнить усиление (магнитные усилители).

При пуске электрических двигателей а также различных лабораторных установок, в питании некоторых выпрямителей, в регулировании напряжения используют автотрансформаторы. Широко используют автотрансформаторы и в качестве бытовых электроаппаратов, предопределённых для повышения напряжения от 110 до 220 В или понижения его от 220 до 110 В.

Для понижения напряжения от 220 или же 380 В до 60-70 В рассчитан сварочный трансформатор (дуговая электросварка) или до 14 В (контактная сварка). На работу при больших силах тока – порядка 300 А, предназначены сварочные трансформаторы, и при режиме короткого замыкания

Для включения измерительных приборов, а также реле, в цепи высокого напряжения используют измерительные трансформаторы. Как правило, измерительные трансформаторы считаются понижающими трансформаторами. Вследствие чего они позволяют использовать обычные приборы для замера больших напряжений, токов, мощностей, увеличивая с этим безопасность работы обслуживающего персонала.

Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

Трансформа́тор то́ка — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса

№13

Первый закон Кирхгофа

Формулировка: Сумма всех токов, втекающих в узел, равна сумме всех токов, вытекающих из узла.

Или Алгебраическая сумма всех токов в узле равна нулю.

Поясню первый закон Кирхгофа на примере рисунка 2.

Здесь ток I1- ток, втекающий в узел , а токи I2 и I3 — токи, вытекающие из узла.

I1 = I2 + I3 (1)

Что бы подтвердить справедливость формулировки №2, перенесем токи I2 и I3 в левую часть выражения (1), тем самым получим:

I1 — I2 — I3 = 0 (2)

Знаки «минус» в выражении (2) и означают, что токи вытекают из узла.

Знаки для втекающих и вытекающих токов можно брать произвольно, однако в основном всегда втекающие токи берут со знаком «+», а вытекающие со знаком «-» (например как получилось в выражении (2)).

Второй закон Кирхгофа.

Формулировка: Алгебраическая сумма ЭДС, действующих в замкнутом контуре, равна алгебраической сумме падений напряжения на всех резистивных элементах в этом контуре.

Здесь термин «алгебраическая сумма» означает, что как величина ЭДС так и величина падения напряжения на элементах может быть как со знаком «+» так и со знаком «-«.

E1- Е2 = -UR1 — UR2 или E1 = Е2 — UR1 — UR2

Баланс мощностейявляется следствием закона сохранения энергии — суммарная мощность вырабатываемая (генерируемая) источниками электрической энергии равна сумме мощностей потребляемой в цепи.

Условие баланса мощностей заключается в том, что сумма мощностей всех элементов цепи равна нулю. В цепи постоянного тока мощность участка цепи равна произведению силы тока на напряжение на этом участке. Если направление силы тока и напряжения на каком-либо участке не совпадает, перед соответствующим слагаемым ставится знак «–».

№3

Закон Ома — это физический закон, определяющий связь между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника в электрической цепи.

Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.
Закон Ома гласит:
Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка.
И записывается формулой: I=U/R

Где: I — сила тока (А) , U — напряжение (В) , R — сопротивление (Ом) .
что закон Ома можно применять для расчёта гидравлических, пневматических, магнитных, электрических, световых, тепловых потоков и т. д. ,

Применение законов Кирхгофа для цепей переменного тока.

законы Ома и Кирхгофа справедливы для мгновенных токов и напряжений.

Сумма комплексных токов в проводах, сходящихся в узле электрической цепи, равна нулю:

Сумма комплексных ЭДС, действующих в замкнутом контуре, равна сумме комплексных падений напряжений в ветвях этого контура:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *