Постоянный электрический ток. Параметры постоянного тока. Цепь

постоянного тока. Тепловое действие тока. Короткое замыкание. Переменный электрический ток. Получение и параметры переменного тока. Действующее значение переменного тока и напряжения. Трехфазный ток и его параметры.

Цепи постоянного тока

Электрический ток проводимости - это явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или в вакууме.

В металлах - свободные электроны, а в жидкостях и газах ионы. Для возникновения электрического тока должна быть создана электрическая цепь, состоящая из проводников. Основными частями простой электрической цепи является источник электроэнергии с ЭДС Е, приемник электроэнергии с сопротивлением r, провода и выключатель К.

 

 

Рис. 1.2.1. Элементы электрической цепи

 

· Сила тока. Плотность тока

Для количественной характеристики тока служит величина I. Она определяется величиной электрического заряда q, протекающего через поперечное сечение проводника в единицу времени I = q/t.

Основной единицей тока в СИ является ампер (А). Производные: килоампер кА = 1000 А, миллиампер мА = 0,001А, микроампер мкА=одной миллионной ампера 10^-6А.

 

· Напряжение

Одной из основных величин, характеризующих электрическую установку, является напряжение. Оно числено равно работе, выполняемой при перемещении единицы положительного электрического заряда (одного кулона) между двумя точками (между двумя зажимами источника).

Единицей напряжения служит вольт (В).

Кратная единица

кВ = 1000 В киловольт, мВ = 0,001 В милливольт, мкВ = 0,000001

В = 10^-6 В микровольт.

Высоковольтные ЛЭП: 1500 кВ, 750, 500, 330, 220 и 110 КВ.

Городские 35, 11 и 6 КВ.

Трамвайные 600 В.

Метрополитен 825 В

Бытовое напряжение 250 В.

В опасных местах 12 В

Прибор для измерения напряжения - вольтметр подключают к двум точкам, напряжение между которыми нужно измерить.

 

· Сопротивление и проводимость

Противодействие проводника направленному движению зарядов, т.е. электрическому току, называется электрическим сопротивлением проводника.

Сопротивление измеряется в Омах (ОМ). Единица сопротивления 1 ОМ равен сопротивлению проводника с током в 1 А при напряжении на концах проводника 1 В.

Для измерения больших сопротивлений применяются кратные единицы килоом (кОМ) и мегаом (МОМ).

r = U / I

Когда электрический ток проходит по прямолинейному проводнику постоянного сечения, то электрическое поле в нем равномерно. Плотность тока равна

j = I / S или I = j S

Напряженность поля Е_п создает в проводнике определенную плотность тока j и чем больше свободных электронов в проводнике, тем больше эта плотность - это удельное электрическое сопротивление r (ро)

r =Е_п / j или  ,

где L - длина в м, а сечение S в мм².

1 м в длину и поперечное сечение мм² измеряется в ОМ·мм²/м. Удельное сопротивление указывается при температуре 20^оС или 0^оС, при изменениях температуры меняется и сопротивление проводника по

r₁ = r_о (1 + а·t),

где r_о - удельное сопротивление при начальной температуре, t - изменение температуры, а - температурный коэффициент сопротивления.

Величина, обратная сопротивлению называется проводимостью g = 1/r измеряется в сименсах 1 СМ = 1/ОМ.

Соответственно удельная проводимость g = 1/Р.

 

· Мощность

Работа, совершаемая в единицу времени, называется мощностью

Р = А/t.

В электрической цепи при постоянном токе и напряжении мощность

Р = А/t = U·I

Используя закон Ома U=I·r или I=U·g, получим три выражения мощности

Р = U·I = I²·r = U²·g

Единицей измерения мощности служит ватт (Вт). Ватт - это мощность, при которой за 1 с совершается работа равная 1 Дж.

В электротехнике эта мощность, затраченная в проводнике при напряжении 1 В между его концами и токе 1 А.

Кратные единицы:

киловатт (кВт) = 1000 Вт,

мегаватт (МВт) = 1 000 000 Вт,

милливатт (мВт) = 10^-3 Вт,

микроватт (мкВт) = 10^-6 Вт.

 Прибор, измеряющий мощность, ваттметр имеет две измерительные цепи (две катушки), одна токовая, а вторая катушка напряжения.

 

· Нагревание проводников током

При прохождении тока по проводникам они нагреваются, часть теплоты уходит в окружающее пространство, часть передается электрическому аппарату

,

где Q - максимальное превышение температуры проводника,

К_отд - удельная теплоотдача проводника, S_отд - поверхность теплоотдачи. По этой формуле ведут приблизительный подсчет. А при расчете проводов на нагревание применяют таблицы длительно допустимых токовых нагрузок (на провода и кабели).