Лекции по теоретическим основам электротехники и электроники

Для кого предназначен этот сайт

Данный курс ТОЭ или теоретических основ электротехники предназначен как для студентов высших учебных заведений, так и и просто для интересующихся электрофизикой, общей электротехникой и электроникой.

Откуда взялись эти методические указания.

Лекции по электротехники были собраны в процессе проведения учебных занятий у студентов электротехнических и неэлектротехнических специальностей. Можно сказать, что данные лекции были выстраданы кровью и потом студентами. Было прочитано и переработано огромное количество книг, проведено множество консультаций с докторами и кандидатами технических и педагогических наук по методике подачи материала.

Сложно ли понять и изучить электротехнику?

Вообще электротехника и ТОЭ – это достаточно сложный предмет. Для многих студентов это как сопромат. Все знают, что что-то можно посчитать, но не знают как это сделать. Наскоком электротехника дается немногим. Остальные тратят много времени на зубрежку или на вникание, переосмысление и понимание каждой темы.

Библия для электриков и электроников.

Если вам покажется мало этих лекций (материалов по электротехники), то основным талмудом или библией для электриков является, конечно же следующая книга Л.А. Бессонов «Теоретические основы электротехники» в трех томах. Каждый томом книги настолько большой, что им можно легко убить человека… Начинающим этот учебник Бессонова врят ли подойдет. Данным учебником легко и просто пользоваться только в тех случаях, когда вы хотите освежить в памяти некоторую область знаний. Например, нужно рассчитать токи по законам Кирхгофа. Ищем в книге такую главу, читаем, вспоминаем, смотрим пример и рассчитываем свою задачу.

Когда я только изучал курс теоретических основ электротехники и читал материалы учебника “Теоретические основы электротехники” Бессонова, то понимал что и как нужно делать примерно после десятого — пятнадцатого вдумчивого прочтения. В некоторых случаях приходилось еще и консультироваться с кем-нибудь для уяснения важных моментов.

ТОЭ для чайников. Существует ли бесплатная таблетка?

Многие в интернете ищут книгу «ТОЭ для чайников»… Если такая книга и существует, то врят ли многие ее поймут после первого прочтения. На 100% утверждать не возьмусь, но практика показывает именно это.

Курсовики, РГР и экзамены по ТОЭ или по электротехники – это отдельная тема для разговора. Для студентов данный вид проверки знаний можно сравнить разве что со штурмом хорошо укрепленной крепости в одиночку…

термины и приборы, используемые в электротехнике

Люди начинают интересоваться электроникой в любом возрасте и по разным причинам. Кому-то наука необходима для работы или учёбы, а у кого-то она просто вызывает интерес. Чтобы получить полное представление об этой теме и разобраться в основных ее терминах, потребуется изучить основы электроники и электротехники.

Основные понятия

В школьные годы всем приходилось изучать азы электроники на уроках физики. Но из-за сложных терминов, обилия формул и разных единиц измерения усвоить информацию смогли далеко не все. В жизни случаются разные ситуации, когда человеку необходимы эти знания. Сегодня существует множество пособий, изданий и журналов, в которых описываются основы электроники.

Для начинающих такие пособия являются хорошими помощниками, поскольку все основные понятия и процессы в них излагаются доступным языком.

Самыми частыми терминами из области электроники, которые люди слышат в обычной жизни, являются слова ток, напряжение и сопротивление. Чтобы понять их суть, требуется вспомнить, что любое вещество представляет собой совокупность положительно и отрицательно заряженных частиц (протонов и электронов).

Направлено движущийся поток электронов образует ток. Силу, перемещающую их в одном направлении, называют напряжением. Движение отрицательных частиц не происходит беспрепятственно, ему мешает трение, называемое в физике сопротивлением. Эти величины имеют взаимную связь, поэтому зная две из них, можно легко рассчитать третью, воспользовавшись соответствующей формулой.

Каждая величина в электронике имеет собственное обозначение и измеряется в конкретных единицах. Ток А — в амперах, сопротивление R — в омах, напряжение U — в вольтах.

Применение электричества

Так называемая электроника для «чайников» не только разъясняет новичкам природу возникновения электрического тока, но и приводит примеры его применения. Ассортимент источников напряжения очень широк.

Все они имеют разные размеры и технические характеристики:

1. Литиевая батарея. Рассчитана на номинальную нагрузку 3 В. Благодаря маленькому размеру хорошо подходит для использования в карманных устройствах (часах, фонариках). Может иметь ёмкость 30—500 мАч.
2. Никель-металлогидридный элемент. Характеризуется высокой плотностью энергии и быстрой способностью накапливать заряд. Часто используется для электропитания различной робототехники.

Свинцово-кислотный аккумулятор также является разновидностью питающей батареи и занимает отдельное место в ряду известных источников питания. Его конструкция состоит из следующих элементов:

• положительного и отрицательного контакта;
• набора электродов с разными зарядами;
• предохранительного и разделительного клапана.

Все детали заключены в прочный корпус. Такой аккумулятор является основным источником напряжения для большинства радиоэлектронных устройств. Легко и быстро перезаряжается, хорошо подходит для систем, в которых главную роль играет не вес прибора, а его энергозапас.

Технические характеристики

На эффективность работы батареи оказывает влияние способ её подключения. Последовательная схема соединения ведёт к увеличению напряжения, параллельная — к увеличению текущего тока.

Основной характеристикой энергоисточника в электронике считается ёмкость. Эта величина служит мерой хранящегося в нём заряда и напрямую зависит от массы активного вещества. Указывая номинальную ёмкость, производители подразумевают максимальное количество электроэнергии, которое может быть извлечено при конкретных условиях. Но поскольку условия использования батарей далеки от идеальных, на практике уровень ёмкости оказывается ниже заявленного. Основные факторы, влияющие на её снижение — длительность эксплуатации, температурный режим, количество зарядок и разрядок.

В качестве единицы измерения этого параметра принято использовать ватт-часы (Вт*ч), киловатт-часы (кВт*ч), ампер-часы (А*ч) или миллиампер-часы (мА*ч). Ватт-час определяется как произведение силы тока и напряжения, выданного устройством за один час. Уровень напряжения является величиной постоянной и зависит от того, к какому типу принадлежит энергоисточник (литиевому, щелочному, свинцово-кислотному).

В случае полной разрядки большинство источников напряжения выходит из строя. Чтобы не допустить поломки, производители определяют долю тока, которая может быть извлечена из него. Её называют глубиной разрядки и измеряют в процентах от максимальной ёмкости.

Ограничители электрического тока

В некоторых электронных устройствах требуется ограничение электрического тока. Чтобы этого добиться, в цепь встраивают специальный ограничивающий прибор — резистор. Являясь потребителем, а не производителем тока, он эффективно справляется с функцией разделения напряжения и линий входа (выхода). Применяется как дополнение активных элементов интегральных схем.

Разновидностей резисторов очень много. В зависимости от конструкции, технических показателей и состава они бывают:

1. Линейными. Сопротивление остаётся постоянным вне зависимости от разницы потенциалов, прикладываемых к таким резисторам. Характеризуются прямой вольт-амперной линией.
2. Нелинейными. Сопротивление зависит от разницы прикладываемого напряжения или проходящего тока. Резисторы такого типа работают в нестрогом соответствии с законом Ома, имеют нелинейную характеристику. Используются в робототехнических проектах в роли датчиков.
3. Переменными. Оснащаются специальным валом, позволяющим изменять параметры сопротивления в процессе эксплуатации.
4. Постоянными. Заданные в них показатели изменить нельзя.
5. Углеродными. Сердечники внутри таких резисторов изготавливаются из углерода, имеют чашеобразные контакты. Из-за пористого корпуса чувствительны к влажности окружающей среды.
6. Плёночными. Производятся путём осаждения распылённого металла на керамическую основу. Отличаются высокой надёжностью, поэтому успешно применяются в основных электронных системах.
7. Проволочными. Их конструкция состоит из керамического сердечника и проволочной обмотки, изготовленной из разных металлических сплавов. Состав сплавов зависит от требующегося сопротивления. Показывают стабильную работу при большой мощности.
8. Металлокерамическими. Для их изготовления используется смесь керамики и обожжённых металлов. Процентное соотношение тех или иных компонентов определяет уровень сопротивления.
9. Плавкими. В нормальном режиме работы они выполняют роль ограничителей. При возрастании номинальной мощности функционируют как предохранители, защищая электрическую цепь от короткого замыкания.
10. Теплочувствительными. Могут выдавать как положительный, так и отрицательный коэффициент в зависимости от колебаний температуры.
11. Светочувствительными. Главным фактором, влияющим на их работу, является интенсивность падающего светового потока. Чем ярче свет, тем меньше сопротивление резистора.

В отношении резисторов, меняющих сопротивление в процессе работы, используется такой термин, как допуск, измеряемый в процентах. Он показывает, насколько изменяющиеся показатели близки к номинальным значениям. К примеру, устройство с номинальным электрическим сопротивлением 500Ω и допуском 10% на практике может выдавать значения в диапазоне от 550 до 450Ω.

Пособие для начинающих электриков: описание дисциплины ТОЭ

В повседневной жизни мы постоянно имеем дело с электричеством. Без движущихся заряженных частиц невозможно функционирование используемых нами приборов и устройств. И чтобы в полной мере наслаждаться этими достижениями цивилизации и обеспечивать их долговременную службу, надо знать и понимать принцип работы.

Электротехника — важная наука

На вопросы, связанные с получением и использованием энергии тока в практических целях, отвечает электротехника. Однако, описать доступным языком невидимый нам мир, где царствуют ток и напряжение, совсем непросто. Поэтому неизменным спросом пользуются пособия «Электричество для чайников» или «Электротехника для начинающих».

Что же изучает эта загадочная наука, какие знания и умения можно получить в результате её освоения?

Описание дисциплины «Теоретические основы электротехники»

В зачётках студентов, получающих технические специальности, можно увидеть загадочную аббревиатуру «ТОЭ». Это как раз и есть нужная нам наука.

Датой рождения электротехники можно считать период начала XIX века, когда был изобретён первый источник постоянного тока. Матерью «новорождённой» отрасли знаний стала физика. Последующие открытия в области электричества и магнетизма обогатили эту науку новыми фактами и понятиями, имевшими важное практическое значение.

Свой современный вид, как самостоятельная отрасль, она приняла в конце XIX века, и с тех пор входит в учебную программу технических ВУЗов и активно взаимодействует с другими дисциплинами. Так, для успешного изучения электротехники необходимо иметь теоретический багаж знаний из школьного курса физики, химии и математики. В свою очередь, на ТОЭ базируются такие важные дисциплины, как:

• электроника и радиоэлектроника;
• электромеханика;
• энергетика, светотехника и др.

Центральным объектом внимания электротехники является, конечно, ток и его характеристики. Далее теория рассказывает об электромагнитных полях, их свойствах и практическом применении. В заключительной части дисциплины освещаются устройства, в которых трудятся энергичные электрончики. Осиливший эту науку многое поймёт в окружающем мире.

Каково значение электротехники в наше время? Без знания данной дисциплины нельзя обойтись электротехническим работникам:

• электрику;
• монтёру;
• энергетику.

Вездесущность электричества делает его изучение необходимым и простому обывателю, чтобы быть грамотным человеком и уметь применять свои знания в повседневной жизни.

Советы по изучению электричества для чайников

Сложно понять то, чего не можешь увидеть и «пощупать». Большинство учебников по электрике пестрят малопонятными терминами и громоздкими схемами. Поэтому благие намерения начинающих изучить эту науку часто так и остаются лишь планами.

На самом деле электротехника — очень интересная наука, а основные положения электричества можно изложить доступным языком для чайников. Если подойти к образовательному процессу творчески и с должным усердием, многое станет понятным и увлекательным. Вот несколько полезных рекомендаций по изучению электрики для «чайников».

Путешествие в мир электронов нужно начать с изучения теоретических основ — понятий и законов. Приобретите обучающее пособие, например, «Электротехника для чайников», которое будет написано понятным для вас языком либо несколько таких учебников. Наличие наглядных примеров и исторических фактов разнообразят процесс обучения и помогут лучше усвоить знания. Проверить успеваемость можно с помощью различных тестов, заданий и экзаменационных вопросов. Вернитесь ещё раз к тем параграфам, в которых допустили ошибки при проверке.

Если уверены, что полностью изучили физический раздел дисциплины, можно переходить к более сложному материалу — описанию электрических схем и устройств.

Чувствуете себе достаточно «подкованным» в теории? Пришла пора вырабатывать практические навыки. Материалы для создания простейших схем и механизмов можно легко найти в магазинах электрических и хозяйственных товаров. Однако, не спешите сразу приступать к моделированию — выучите сначала раздел «электробезопасность», чтобы не причинить вреда своему здоровью.

Чтобы получить практическую пользу от новообретенных знаний, попробуйте отремонтировать вышедшую из строя бытовую технику. Обязательно изучите требования по эксплуатации, следуйте положениям инструкции или пригласите к себе в напарники опытного электрика. Время экспериментов ещё не пришло, а с электричеством шутки плохи.

Старайтесь, не спешите, будьте пытливы и усидчивы, изучайте все доступные материалы и тогда из «тёмной лошадки» электрический ток превратится в доброго и верного друга для вас. И, может быть, вы даже сможете сделать важное открытие в области электрики и в одночасье стать богатым и знаменитым.

что изучает дисциплина, основные разделы и темы науки в физике

Каждый день человек сталкивается с электричеством. Оно используется во всех частных домах и квартирах, на производстве, в офисных и промышленных помещениях. Изучением этого понятия занимается наука электротехника. Её основы изучают в школьном курсе физики, поэтому о том, как проложить проводку, распределить напряжение на бытовые приборы, знают даже ученики средних классов.

Значение электричества

Каждое вещество состоит из определённого количества молекул, которые делятся на атомы. У самой мелкой частицы есть ядро, вокруг него постоянно передвигаются протоны и электроны с положительными и отрицательными зарядами. Когда два элемента находятся близко друг к другу, то между ними образуется разность потенциалов. Это приводит к появлению электрического заряда, при котором электроны двигаются от одной материи к другой. Так появляется электричество — энергия, которую вызывает движение отрицательных зарядов.

Скорость их перемещения отличается, для его упорядочивания используют проводники — вещества, через которые проходит ток. Если электроны двигаются только в одном направлении, то такое электричество называется постоянным. При изменении перемещения возникает постоянный ток. Переменный позволяет работать всем бытовым приборам, используется в промышленности. Движением энергии можно управлять, это изучается в курсе «Основы электротехники».

Наука электротехника

В физике электротехника изучает все понятия, связанные с электричеством. Её проходят все, кто хочет получить специальность электрика. В учебных заведениях дисциплина называется «ТОЭ» — теоретические основы электротехники. Впервые об этой науке узнали в XIX веке, когда был изобретён источник тока и построены электрические цепи. Затем учёные сделали несколько физических открытий, а также в области математики и химии.

На первых занятиях ТОЭ студенты изучают основы электрического тока, его определение, разбираются свойства, сферы использования и характеристики. Затем рассказывают студентам о магнитных полях, приборах, которые получают питание от сети. Необязательно получать специальное образование в институте или колледже. Разобраться с работой электрической проводки можно самостоятельно.

Достаточно изучить сайты по электротехнике, несколько учебников или посмотреть видеоуроки. В быту этих знаний хватит для замены лампы в светильнике или ремонта электрического чайника. Но если есть желание профессионально работать с током, то необходимо получить специальное образование. Диплом позволит получить официальный допуск к таким занятиям.

Основные понятия

При изучении основ электротехники и электроники используют много формул и вычислений. В науке есть три основных понятия:

• сопротивление;
• сила тока;
• напряжение.

Силой тока называют определённое количество заряда, который протекает через проводящее вещество за конкретный период. То есть это число электронов, проходящее из одного конца проводника в другой. Этот показатель считается самым опасным для жизни человека. Если взяться руками за голый провод, то электроны пройдут через живое тело. От их количества напрямую зависят повреждения, так как заряд выделяет тепло и активирует некоторые химические реакции, вредящие здоровью человека.

Но для того чтобы электричество свободно передвигалось по проводам, необходимо присутствие напряжения и разности потенциалов. Эти показатели должны быть постоянными, для чего электрическую цепь предварительно замыкают. На одном её конце располагается источник питания, который и отвечает за непрерывное движение электронов.

Третий параметр — сопротивление — физическая характеристика вещества, которая показывает способность к проведению заряда. Чем ниже этот показатель, тем больше электронов может пройти по проводнику за определённый период. С уменьшением сопротивления увеличивается сила тока. Высокий показатель величины снижает электричество, но нагревает проводник, что может привести к возгоранию.

Подразделы и темы

Понять то, что изучает электротехника, поможет перечень подразделов и тем, которые проходят в колледжах. Главная составляющая науки — это электромеханика. Она позволяет студентам узнать принципы работы тех устройств, которые получают питание от электричества. После этих занятий можно заняться ремонтом и даже проектированием оборудования.

На занятиях проходят особенности превращения электрической энергии в механическую с помощью двигателя или специального станка. Затем изучают обратные процессы, то есть работу трансформаторов и генераторов тока. Без знаний об электрических цепях, принципов их функционирования и других вопросов, которые охватывает основная дисциплина, невозможно начать изучение электромеханики.

К основным темам по электротехнике относят:

• основы дисциплины;
• цепи постоянного электрического тока;
• магнитные цепи и электромагнитная индукция;
• принципы переменного тока;
• переходные процессы в электрических цепях с сосредоточенными показателями;
• распределённые параметры;
• приборы электроизмерительные;
• силовые машины;
• информационные приборы;
• полупроводниковые материалы;
• интегральные микросхемы;
• первичные и вторичные источники питания;
• теория электропривода;
• микропроцессорные устройства;
• радиотехника и приборы СВЧ.

Со всеми этими темами студенты знакомятся на занятиях, изучают основные формулы, проводят вычисления и лабораторные работы. Преподаватель должен объяснить всю теорию по дисциплине и показать работу электрического тока на практике.

Меры безопасности

Когда проходят практические занятия по изучению электротехники, необходимо позаботиться о безопасности учащихся. Ведь несоблюдение некоторых правил может привести к травмам и даже смертельным исходам. Основы работы с приборами, питающимися от сети:

• ознакомление с инструкцией;
• проверка изоляции проводников;
• диагностика электросети.

Перед работой студенты обязательно должны прочесть инструкцию к каждому прибору. Без выполнения этого правила нельзя подключать устройства к сети. Особое внимание уделяют разделу, в котором описываются вопросы безопасности. Затем контролируют изоляцию проводников. Обычно все провода покрываются специальными материалами, которые не пропускают электричество, — диэлектриками или изоляторами. Если это покрытие повреждено, то его необходимо восстановить, в противном случае возможно возникновение травм.

Работу по восстановлению изоляции нужно проводить в специальном защитном костюме, который не проводит ток — резиновые перчатки и диэлектрические ботинки. Для выполнения третьего правила — проверки функционирования электрических сетей — используют только специальные инструменты. Не прикасаются к источникам голыми руками и металлическими предметами. Причинами травм и смертельных случаев электриков обычно становится невыполнение этих правил. Каждый день перед работой специалисты перечитывают инструкцию и ставят свою подпись, соглашаясь с тем, что они ознакомлены с правилами и готовы их выполнять.

Для того чтобы получить хоть какое-то представление об электричестве и приборах, которые с его помощью работаю, нужно изучить науку электротехники или ознакомиться с её основами. Особое внимание уделяют технике безопасности, так как нужно избежать травм во время работы.