Основные сведения из электротехники

Что такое электричество? Как известно все тела состоят из молекул, которые состоят из атомов, а атомы из протонов, нейтронов, электронов. Электроны движутся вокруг ядра и находятся на разных расстояниях. Взаимодействие электронов и протонов ослабляется по мере удаления электронов от ядра. Число электронов в атомах можно изменить трением, нагреванием, с помощью света, химических реакций и т.д. Одни атомы отдают электроны и приобретают положительный заряд, а другие захватывают электроны и приобретают отрицательный заряд. У источников тока на одной стороне избыток положительных зарядов, а на другой стороне их недостаток.

Запас энергии единицы количества электричества, находящейся в данной точке поля называется потенциалом, это работа, затраченная на перенос заряда в эту точку. Измерить потенциал невозможно. Измеряют разность потенциалов между двумя точками. Чем больше потенциал, тем больше разность между (+) и (-). Эта разность потенциалов и есть электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС, как и разность потенциалов, измеряется вольтметром. У источника ЭДС есть два вывода, куда подключают провода, на них измеряют величину ЭДС при отсутствии нагрузки.

Под действием разности потенциалов в цепи протекает ток. Движение электрических зарядов называется электрическим током. В металлических проводниках носителями электрических зарядов являются свободные электроны, они движутся под действием разности потенциалов. Электрические заряды движутся по замкнутой цепи. Цепь — это замкнутый контур, состоящий из источника разности потенциалов (источника ЭДС), проводов и различных сопротивлений (лампы, нагреватели, электронная техника).

Электричество — совокупность явлений, связанных с существованием, движением и взаимодействием электрических зарядов.

В обычной жизни электричеством называют электрическую энергию, потребляемую от источников энергии. В качестве источников используются химические, солнечные, геотермальные, электромеханические электростанции. От этих электростанций электрическая энергия по электрическим проводам передается потребителям. Электрическая энергия обеспечивает комфортные условия жизни путем преобразования в световую, тепловую, механическую энергии.

Источники электроэнергии, устройства передачи ее и потребители образуют электрическую цепь.

В электрических цепях различают источники электродвижущей силы (ЭДС) и источники тока. С своей практической деятельности мы почти в 100% используем источники ЭДС. ЭДС — это разность электрических зарядов на выводах источника. Можно считать, что ЭДС равна напряжению на выводах источника питания (аккумулятора, трансформатора, генератора) на холостом ходу, когда нагрузка не подключена. Это напряжение можем измерить вольтметром.

В энергетике и в электронике используют цепи постоянного (не изменяющегося по величине в течение времени) и переменного (изменяющегося по величине в течение времени) тока. Цепи постоянного тока получают питание от аккумуляторов, генераторов постоянного тока, выпрямителей, эти элементы являются источниками ЭДС. При протекании постоянного тока по проводам учитывают только их активное сопротивление. На постоянном токе работает почти все электрооборудование автомобилей, тракторов и других транспортных средств.

Наибольшее распространение получил переменный ток, протекающий под действием ЭДС, создаваемой в генераторах переменного тока.

Для удобства представления и анализа каждый элемент электрической цепи изображается условным графическим изображением (своеобразным иероглифом). Из этих изображений «собирается» на чертеже цепь любой сложности.

Условные графические изображения

Приведем лишь некоторые из многочисленных элементов, размеры и внешний вид зафиксированы в ГОСТах. Сверху условного графического изображения обозначается их буквенное название. Получаем своеобразную азбуку электрика.

— генератор постоянного тока; — аккумулятор, батарейка;

— активное сопротивление; — индуктивность;

— емкость- конденсатор;

— неразъемное; — разъемное соединение проводников;

или — трансформатор тока;

— однофазный счетчик активной энергии;

— предохранитель; — автоматический выключатель;

— асинхронный электродвигатель;

— контакт магнитного пуcкателя; — катушка его;

— силовой однофазный трансформатор в развернутом виде;

— 3-фазный трансформатор в однолинейном изображении;

— 3-фазный тр-тор в трехфазном изображении;

— заземление. — осветительная лампа накаливания

Закон Ома

В замкнутой цепи под действие ЭДС источника протекает ток. Сила тока измеряется в Амперах. Один Ампер — это ток, при протекании которого по двум бесконечно длинным проводам, находящимся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, создается сила 2 ∙10^-7 Ньютонов на каждый метр провода.

Смысловое значение этого определения заключается в том, что при протекании тока по двум параллельным проводникам, происходит их притяжение или отталкивание. Это необходимо для выбора шин и проводов.

Один Ньютон — эта такая сила, которая создает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с².

ЭДС и напряжения показывают разность электрических зарядов между двумя точками. Напряжения и ЭДС измеряются в вольтах. Один Вольт — это разность потенциалов между концами проводника с током 1А, сопротивление которого 1 Ом.

Ток в элементе цепи при постоянной температуре пропорционален ЭДС, под действием которой он протекает. Отношение ЭДС к силе тока называется сопротивлением. Сопротивление называется активным, если энергия, выделяемая в нем , безвозвратно переходит в тепловую.

, отсюда

где R — сопротивление проводника постоянному току; Е — ЭДС источника; I — сила тока.

Последняя формула отражает закон Ома для участка цепи. Ток на участке цепи пропорционален разности потенциалов на концах этого участка (напряжению между концами) и обратно пропорционален сопротивлению участка.