Проводники и диэлектрики

Проводники – вещества, в которых при появлении электрического поля возникает электрический ток. Проводниками являются – металлы и их сплавы, кислоты и щелочи (электролиты).

Диэлектрики – материалы, которые обладают большим сопротивлением к электрическому току. Диэлектриками являются – пластмасса, резина, бумага, дерево, камень, стекло, текстолит, керамика.

Сопротивление

Резистор – элемент электрической цепи, обладающий сопротивлением на пути прохождения электрического тока.

Ом – единица измерения сопротивления. Резистор реагирует на прикладываемое к нему напряжение. Чем больше внешняя поверхность резистора, тем большую мощность он может поглотить. Необходимо также учитывать сопротивление проводов. Провод или резистор, который не может рассеять нужную мощность, сильно нагревается, его сопротивление резко возрастает и в итоге он перегорает. Поэтому на резисторах указывают и другой параметр – рассеиваемую мощность (0,125, 0,25, 0,5, 1, 2,5 и более ватт).

Формула для последовательного соединения двух резисторов: R=R1+R2

Формула для параллельного соединения двух резисторов: R=R1*R2/R1+R2

Электрическое напряжение

Электрическое напряжение измеряется в вольтах (В), измеряется вольтметром, который подключается параллельно нагрузке или полюсам источника питания. Напряжение между линейным и нулевым проводом называется фазное напряжение и равно 220 Вольт (Uф). Напряжение между двумя линейными проводами называется линейное напряжение и равно 380 Вольт (Uл).

Uл=v3Uф=1,73*220В=380В

В обычной сети линейное напряжение 380В, а фазное 220В. Встречаются еще и старые сети, в которых линейное напряжение 220В, а фазное 127В.

Переменный электрический ток

Электрический ток – направленное движение электронов.

Сила тока – измеряется в амперах (А), измеряется амперметром, который подключается последовательно к нагрузке.

Переменный ток изменяется с частотой 50 периодов, частота 50 Гц.

Переменный ток с частотой 50 Гц, 50 раз в секунду меняет свое направление и величину и изменяется по синусоидальному закону.

При переменном токе электроны меняют направление движения, полный цикл смены полярности источника питания называют колебанием.

Период – промежуток времени, в течение которого ток совершает одно полное колебание.

Частота – величина, обратная периоду, число периодов в секунду, измеряется в герцах (Гц).

Ток и напряжение в нагрузке увеличиваются и уменьшаются, а разница между минимальным и максимальным их значением называется амплитудой.

Три одинаковых по частоте и амплитуде переменных тока, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 120 градусов или на одну треть периода, образуют трехфазную систему.

Каждая отдельная цепь трехфазной системы сокращенно называется фазой.

Постоянный электрический ток

В источниках постоянного тока (батарейках, аккумуляторах), сила тока, напряжение, не меняют своего направления, ток во внешней цепи всегда течет от положительного потенциала к отрицательному. Электрическая цепь постоянного тока состоит из источника электрической энергии, приемника электрической энергии и соединительных проводов. Если замкнутая электрическая цепь состоит из батарейки и резистора, то батарейка – источник электрической энергии, резистор – приемник электрической энергии, для соединения этих элементов имеются соединительные провода.

Закон Ома

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.

Формулы закона Ома: I=U/R, R=U/I, U=I*R

При увеличении напряжения увеличивается ток при одном и том же сопротивлении. Чем больше сопротивление, тем меньше ток при одном и том же напряжении.

Электрическая мощность

Энергию, потраченную нагрузкой, называют электрической мощностью, измеряется в ваттах.

S – полная мощность, содержит активную и реактивную составляющие, потребляется от источника электроэнергии, измеряется в вольт-амперах (ВА), эта величина указывается на табличках приборов переменного тока.

S = IU = U²/R= √(P2+Q2)

P – активная мощность, связана с той электрической энергией, которая может быть преобразована в другие виды энергии – тепловую, механическую и др., измеряется в ваттах (Вт), представляет собой полезную мощность, которую можно использовать для выполнения работы.

P = IUcosφ – для однофазной цепи,

P = v3IUcosφ – для трехфазной цепи,

P = U*I – в цепи, где есть только активное сопротивление.

Q – реактивная мощность, связана с обменом электрической энергией между источником и потребителем, измеряется в вольт-амперах реактивных (вар), когда среднее значение мощности за период равно нулю, активная мощность равна нулю, энергия накопленная магнитным полем индуктивности, возвращается назад к источнику, ток в цепи не совершает работы, реактивный ток бесполезно загружает источники энергии и провода линии передач. Источниками реактивной энергии могут являться элементы, обладающие индуктивностью – электродвигатели, трансформаторы. Для того, чтобы уменьшить реактивную мощность на зажимах потребителей подключают конденсаторы (последовательно или параллельно).

Q = IUsinφ – для однофазной цепи,

Q = v3IUsinφ – для трехфазной цепи

Сдвиг по фазе между током и напряжением обозначается углом φ. Коэффициент мощности – величина, равная отношению активной мощности к полной, величина cosφ равная углу сдвига фаз между напряжением и током, чем он выше, тем лучше. Надо стараться сделать нагрузку такой, чтобы cosφ был близок к единице (на практике 0,85 – 0,9, дальнейшее повышение до 1 экономически не оправдывается).