Основные свойства и характеристики электрического поля.

Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

Проводники: металл, вода.

Диэлектрики: дерево, слюда, стекло, бумага, пластмасса, резина.

 

Режимы работы электрической цепи.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ:

1. Номинальный – режим, при котором основные параметры электрического поля i, u, p соответствуют данным, указанным в паспорте или в инструкции на изделие.

2. Рабочий – режим, при котором основные параметры электрического поля i, u, p соответствуют номинальным в пределах, указанным в паспорте или в инструкции на изделие.

3. К.З. – короткое замыкание – режим, при котором ток возрастает в десятки и сотни раз.

4. Х.Х. – холостой ход.

________________________________________________________

1) Номинальным режимом называется режим, при котором значения токов, напряжений, мощности или других параметров соответствуют номинальным значениям.

2) Рабочим режимом называется режим, при котором значение токов, напряжений, мощности и других параметров отличаются от номинальных в допустимых пределах.

3) Режимом холостого хода называется режим, при котором ток в электрической цепи равен нулю.

4) Режимом короткого замыкания называется режим, при котором участок электрической цепи или вся цепь замкнуты накоротко, при этом сопротивление равно нулю, а токи в десятки/сотни раз превышают номинальные значения. Этот режим опасен, он может привести к механическим и тепловым повреждениям, плавлению и возгоранию.

 

Простые и сложные цепи постоянного тока.

Сложной цепью называется электрическая цепь, содержащая два и более источников питания.

Закон Ома для участка цепи и полной цепи. Закон Джоуля Ленца.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ.

I=E/R_i

E – ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА (ЭДС)

R_i – ВНУТРЕННЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ИСТОЧНИКА

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ.

I=U/(R_i-R_н)

ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА.

Q=I²*R*t

Количество теплоты, выделяемое проводником, прямо пропорционально квадрату тока, протекающему по проводнику, сопротивлению проводника и времени, в течение которого выделяется теплота.

ТЕПЛОТА _ Q _ [Дж] _ Джоуль

________________________________________________________

Закон Ома для участка цепи.

Ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на этом участке, и обратно пропорционален сопротивлению этого участка.

, А

 

Закон Ома для всей цепи.

Ток в цепи прямо пропорционален ЭДС источника и обратно пропорционален сумме внешнего и внутреннего сопротивления цепи.

, А

Где R – сопротивление внешнего участка цепи;

– сопротивление внутреннего участка цепи.

 

Закон Джоуля-Ленца.

Количество тепла, выделенного током в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, протекающего по проводнику, сопротивлению проводника и времени прохождения тока по проводнику.

Где:

Q – количество теплоты, выделяемое током;

I – сила тока, проходящего по проводнику;

R – это сопротивление, оказываемое проводником;

t – время, затрачиваемое на прохождение тока.

 

 

Автотрансформаторы.

Имеет всего одну обмотку.

Достоинства:

1. Т.к. одна обмотка, то меньше расход меди à трансформатор дешевле

2. Регулирует напряжение

Недостаток:

В случае нарушения изоляции человек попадает под высокое напряжение, что смертельно опасно.

Применяется в бытовых и лабораторных условиях.

 

Колебательный контур.

 

Колебательный контур – это простейшая частотно зависимая цепь, в которой происходит обмен энергиями между электрическим полем конденсатора и магнитным полем катушки, в результате чего КК вырабатывает электромагнитные колебания.

 

Идеальный КК.

где W_с – энергия электрического поля конденсатора;

W_L – энергия магнитного поля катушки.

Идеальный КК вырабатывает свободные электромагнитные колебания.

Параметры идеального колебательного контура.

1) Угловая частота:

2) Линейная частота:

3) Период:

 

Эти параметры зависят от ёмкости и индуктивности: меняя ёмкость и индуктивность можно изменять частоту и период свободных колебаний.

Волновое или характеристическое сопротивление равно:

при условии

Т.к. идеального контура не существует, то электромагнитные колебания, вырабатываемые данной схемой, будут затухающими.

 

Декремент равен:

Декремент всегда меньше 1.

Например, если d = 0,1; это значит, что каждые полпериода амплитуда электромагнитных колебаний уменьшается на 10%.

Величина, обратная декременту затухания, называется добротностью.

Она характеризует избирательность КК и крутизну АЧХ.

Чем больше добротность, тем уже полоса пропускания.

Добротность имеет значение десятки и сотни.

Она равна:

Q =

Q – добротность.

 

Вынужденные колебания.

Для того, чтобы электромагнитные колебания не затухали, к катушке и конденсатору подключается генератор гармонических колебаний, т.е. источник синусоидального сигнала, при этом КК вырабатывает вынужденные колебания. В зависимости от способа подключения источника бывают последовательные КК и параллельные КК.

 

Последовательные КК.

Последовательным КК называется контур, у которого источник подключён последовательно к катушке и конденсатору.

 

Полное сопротивление последовательного колебательного контура определяется по формуле:

 

Максимальный ток в последовательном колебательном контуре будет при условии, что Z=R, в том случае, если , тогда .

 

Явление, возникающее в последовательном КК, при котором контур обладает минимальным и чисто активным сопротивлением, частота вынужденных колебаний совпадает с частотой свободных колебаний и ток в цепи будет максимальным, называется резонансом напряжений.

 

При резонансе напряжений в последовательном КК напряжения на катушке и конденсаторе превышают в десятки и сотни раз ЭДС источника, т.е.

где – напряжение на катушке;
– напряжение на конденсаторе;

Q – добротность.

АЧХ последовательного КК.

где – резонансная частота;

∆f – полоса пропускания.

∆

f₁ – нижняя граничная частота;

f₂ – верхняя граничная частота.

 

Параллельный КК.

Резонанс возникает в параллельном КК, если сдвиг фаз между общим током и ЭДС источника будет равен 0.

Этого можно добиться, изменяя индуктивность катушки или ёмкость конденсатора.

 

Явление, возникающее в параллельном КК, при котором общий ток в неразветвлённой части цепи минимальный и совпадает по фазе с ЭДС источника, а сопротивление КК наибольшее и чисто активное, называется резонансом токов.

 

При резонансе токов, ток на катушке и конденсаторе будет в десятки и сотни раз превышать общий ток в неразветвлённой части цепи.

 

 

АЧХ параллельного КК.

 

 

Источники света.

Источник света — любой объект, излучающий энергию в световом спектре.

По своей природе подразделяются на искусственные и естественные.

Естественные источники света — это природные материальные объекты и явления.

Искусственные источники света — технические устройства различной конструкции, основным предназначением которых является получение светового излучения.

В бытовых светильниках в качестве источника света применяют лампы накаливания и люминесцентные лампы.

Освещение.

Свет — электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом, воспринимаемое человеческим глазом.

Основные свойства и характеристики электрического поля.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.

Электрическое поле возникает всегда при наличии заряженных частиц.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ:

1. ТОК _ I _ [A] _ Ампер

Переменный ток отличается от постоянного, т.к. изменяется со временем и по направлению.

2. НАПРЯЖЕНИЕ _ U _ [B] _ Вольт

Переменное напряжение начинается со 100 В.

3. ПОТЕНЦИАЛ _ [B] _ Вольт

4. НАПРЯЖЁННОСТЬ _ E _ [Н/Кл] _ E =F/q

5. РАБОТА _ A _ [Дж] _ Джоуль _ A=F*L _ [Н*м]

СВОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

· порождается электрическими зарядами;

· обнаруживается по действию на заряд;

· действует на заряды с некоторой силой.

____________________________________________________

Электрическое поле – это пространство, воздействующее на заряженные частицы и обладающее электрической энергией.

 

Изображается электрическое поле в виде силовых линий, которые направлены от “+” к “-”.

Если заряды в электрическом поле располагаются равномерно, то оно называется однородным.

Если заряды располагаются не равномерно, то оно называется неоднородным электрическим полем.

 

Параметры электрического поля.

1) Напряжённость электрического поля;

Напряжённость численно равна отношению силы, с которой поле действует на заряд к величине этого заряда.

Напряжённость величина векторная. Направление вектора напряжённости совпадает с направлением силовых линий электрического поля.

где E – напряжённость;

F – сила, с которой поле действует на заряд;

q – заряд.

 

2) Работа электрического поля;

Поле совершает работу по перемещению заряда из одной точки поля в другую.

A=F · ; Дж

где A – работа;

– расстояние, на которое перемещается заряд.

 

3) Напряжение;

Численно равно отношению работы по перемещению заряда из одной точки в другую к величине этого заряда.

U

4) Потенциал;

Численно равен работе, которая может быть совершена силами электрического поля по перемещению заряда из одной точки поля в другую, которая является нулевой. Напряжение между двумя точками электрического поля равно разности потенциалов в этих точках.

- ); В

где потенциал в точке М;

потенциал в точки N.

Потенциал, так же как и напряжение измеряется в вольтах. Напряжение измеряет вольтметр, который подключается параллельно.

Электрический ток – это направленное упорядоченное движение заряженных частиц по проводнику под действием электрического поля. Интенсивность электрического поля определяется силой тока. Ток величина векторная.

За направлением тока принимается направление движения положительных заряженных частиц или направление от “+” к “ – ”.

Сила тока численно равна количеству электричества проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени.

,

Постоянный ток – это такой ток, величина и направление которого не изменяется с течением времени.

Переменный ток – это такой ток, величина и направление которого изменяются с течением времени.

Ток измеряется амперметром, который подключается последовательно.