Работа и мощность электрической цепи.

Работа является мерой превращения одного вида энергии в другой.

 

Ватт-секунда – эта работа электрического тока величиной 1А при напряжении 1В в течение 1с.

1 Ватт ∙ час [Вт ∙ ч] = 3600 Вт ∙ ч = 3600 Дж

1 кВт ∙ ч = 1000 Вт ∙ ч = 3600 000 Дж

 

Работа электрического тока в одну секунду называется мощностью электрического тока, она характеризует интенсивность работы, совершенной током. За единицу мощности принят Ватт [Вт].

; из закона Ома ,

Ватт

– мощность, которую развивает при

1 кВт = 1000 Вт 1 МВт = 1000 000 Вт

Полной называется мощность, развиваемая источником тока , а полезной – мощность, расходуемая во внешней цепи потребителем .

Отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой источником тока, называется коэффициентом полезного действия (КПД)

, обозначается — «эта».

;

 

Тепловое действие тока.При прохождении электрического тока по проводнику в результате столкновения электронов с его атомами проводник нагревается.

Закон Джоуля – Ленца.Количество выделенного тепла прямо пропорционально квадрату величины тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока через проводник.

Эта зависимость установлена в 1841 г. Английским физиком Джоулем и несколько позднее (в 1844 г.) русским академиком Ленцем.

Тепловое действие тока применяют: лампы накаливания, нагревательные приборы, электросварка, тепловые реле (биметаллические пластины).

Каждый проводник в зависимости от условий, в которых он находится, может пропустить через себя, не перегреваясь, ток, не превышающий некоторую допустимую величину. Эта величина характеризуется допустимой плотностью тока

, т. е. величиной тока I приходящегося на 1 мм площади поперечного сечения s проводника.

— допускаемая плотность тока I на площади поперечного сечения.

— обмотка электрических машин

— нить электрической лампочки

При неплотном электрическом контакте и плохом соединении проводников R вместе их соединения (так называемое переходное сопротивление электрического контакта) сильно возрастает, и здесь происходит усиленное выделение тепла. В итоге это может привести к перегоранию контакта и разрыву электрической цепи.

Вопросы для самоконтроля:

1. Как осуществляется последовательное соединение проводников? Какие действуют законы в данной цепи?

2. Как осуществляется параллельное соединение проводников? Какие действуют законы в данной цепи?

3. Как осуществляется смешанное соединение потребителей?

4. Как определить работу и мощность электрического тока? В каких единицах измеряется мощность и работа?

5. Что такое коэффициент полезного действия?

6. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

7. Что такое плотность тока и переходное сопротивление?

8. Что такое электрическое поле? Чем характеризуется электрическое поле?

9.Что называется электрическим потенциалом? Разностью потенциалов? В каких единицах измеряется?

10. Что такое ЭДС, и в каких единицах она измеряется?

11. Что такое электрический ток, и в каких единицах он измеряется?

12. Что называется электрическим сопротивлением? От чего зависит сопротивление проводников?

13. Как устроен атом вещества?

14.Что называется проводником и диэлектриком?

15. Как взаимодействуют электрические заряды? Закон Кулона.

16. Что такое электрическое поле? Чем характеризуется электрическое поле?

17. Что такое электрический ток, и в каких единицах он измеряется?

18. Что называется электрическим сопротивлением? От чего зависит сопротивление проводников?

19.Как можно увеличить сопротивление проводника?

20. Как образуется электрическая цепь, и из каких частей она состоит?

21. Сформулируйте закон Ома для электрической цепи и отдельного участка?

22. Что такое падение напряжения и как оно определяется?

23. Охарактеризуйте режимы работы генератора постоянного тока?

24. Что называется коротким замыканием, каковы его последствия?

25.Как формулируется первый закон Кирхгофа?

26. Как формулируется второй закон Кирхгофа?

Похожие статьи:

§ 13. Работа и мощность электрического тока

Электрическая энергия. В природе и технике непрерывно происходят процессы превращения энергии из одного вида в другой (рис. 30). В источниках электрической энергии различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. Например, в электрических генераторах 1, приводимых во вращение каким-либо механизмом, происходит превращение в электрическую энергию механической, в термогенераторах 2 — тепловой, в аккумуляторах 9 при их разряде и гальванических элементах 10 — химической, в фотоэлементах 11 — лучистой.

Приемники электрической энергии, наоборот, электрическую энергию превращают в другие виды энергии — тепловую, механическую, химическую, лучистую и пр. Например, в электродвигателях 3 электрическая энергия превращается в механическую, в электронагревательных приборах 5 — в тепловую, в электролитических ваннах 8 и аккумуляторах 7 при их заряде — в химическую, в электрических лампах 6 — в лучистую и тепловую, в антеннах 4 радиопередатчиков — в лучистую.

Рис. 30. Пути превращения энергии из одного вида в другой

Мерой количества энергии является работа. Работа W, совершаемая электрическим током за время t при известном напряжении U силе тока I, равна произведению напряжения на силу тока и на время его действия:

W = UIt (29)

Работа, совершаемая электрическим током силой 1 А при напряжении 1 В в течение 1 с, принята за единицу электрической энергии. Эта единица называется джоулем (Дж). Джоуль, который называют также ватт-секундой (Вт*с), — очень маленькая единица измерения, поэтому на практике для измерения электрической энергии приняты более крупные единицы — ватт-час (1 Вт*ч = 3600 Дж), киловатт-час (1 кВт*ч = 1000 Вт*ч = 3,6*10

6 Дж), мегаватт-час (1 МВт*ч=1000 кВт*ч=3,6*10⁹ Дж).

Электрическая мощность. Энергия, получаемая приемником или отдаваемая источником тока в течение 1 с, называется мощностью. Мощность Р при неизменных значениях U и I равна произведению напряжения U на силу тока I:

P = UI

(30)

Используя закон Ома для определения силы тока и напряжения в зависимости от сопротивления R и проводимости G, можно получить и другие выражения для мощности. Если заменить в формуле (30) напряжение U=IR или силу тока I=U/R=UG, то получим

P = I²R (31)

или

P = U²/R = U²G (32)

Следовательно, электрическая мощность равна произведению квадрата силы тока на сопротивление, или электрическая мощность квадрату напряжения, поделенному на сопротивление, либо квадрату напряжения, умноженному на проводимость.

Мощность, которая создается силой тока 1 А при напряжении 1 В, принята за единицу измерения мощности и называется ватт (Вт). В технике мощность измеряют более крупными единицами: киловаттами (1 кВт =1000 Вт) и мегаваттами (1 МВт=1 000 000 Вт).

Потери энергии и коэффициент полезного действия. При превращении электрической энергии в другие виды энергии или наоборот не вся энергия превращается в требуемый вид энергии, часть ее непроизводительно затрачивается (теряется) на преодоление трения в подшипниках машин, нагревание проводов и пр. Эти потери энергии неизбежны в любой машине и любом аппарате.
Отношение мощности, отдаваемой источником или приемником электрической энергии, к получаемой им мощности, называется коэффициентом полезного действия источника или приемника. Коэффициент полезного действия (к. п. д.)

? = P₂/P₁ = P₂/(P₂ + ?P) (33)

где

Р₂ — отдаваемая (полезная) мощность;
Р₁ — получаемая мощность;
?Р — потери мощности.

К. п. д. всегда меньше единицы, так как в любой машине и любом аппарате имеются потери энергии. Иногда к. п. д. выражают в процентах. Так, тяговые двигатели электровозов и тепловозов имеют к. п. д. 86—92 %, мощные трансформаторы — 96—98 %, тяговые подстанции — 94—96 %, контактная сеть электрифицированных железных дорог — около 90 %, генераторы тепловозов — 92—94 %.
Рассмотрим в качестве примера распределение энергии в электрической цепи (рис. 31). Генератор 1, питающий эту цепь, получает от первичного двигателя 2 (например, дизеля) механическую мощность Р_mx = 28,9 кВт, а отдает электрическую мощность Р_эл = 26 кВт (2,9 кВт составляют потери мощности в генераторе). Поэтому он имеет к. п. д. ?_ген = Р_эл/Р_mx = 26/28,9 = 0,9.

Мощность Р_эл = 26 кВт, отдаваемая генератором, расходуется на питание электрических ламп (6 кВт), на нагрев электрических плиток (7,2 кВт) и на питание электродвигателя (10,8 кВт). Часть мощности ?P_пр = 2 кВт теряется на бесполезный нагрев проводов, соединяющих генератор с потребителями.

Рис. 31. Схема преобразования энергии в электрической цепи

В каждом приемнике электрической энергии также имеют место потери мощности. В электрическом двигателе 3 потери мощности составляют 0,8 кВт (он получает из сети мощность 10,8 кВт, а отдает только 10 кВт), поэтому к. п. д. ?дв = 10/10,8 = 0,925. Из мощности 6 кВт, полученной лампами, лишь незначительная часть идет на Создание лучистой энергии, большая часть ее бесполезно рассеивается в виде тепла. В электрической плитке на нагрев пищи расходуется не вся полученная мощность 7,2 кВт, так как часть созданного ею тепла рассеивается в окружающем пространстве. При рассмотрении электрических цепей наряду с определением токов и напряжений, действующих на отдельных участках, необходимо определять и передаваемую по ним мощность. При этом должен соблюдаться так называемый энергетический баланс мощностей. Это означает, что мощность, получаемая каким-либо устройством (источником тока или потребителем) или участком электрической цепи, должна быть равна сумме отдаваемой ими мощности и потерь мощности, которые возникают в данном устройстве или участке цепи.

Работа и мощность электрического тока — Студопедия

Мощность — величина, характеризующая скорость, с котором происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа.

В источнике ЭДС под действием химических сил (в первичных элементах и аккумуляторах) или электромагнитных в электрических генераторах происходит разделение зарядов.

Работа, которая совершается сторонними силами в источнике при перемещений заряда Q или, как принято говорить, «выработанная» в источнике электрическая энергия, находится по формуле:

A = QE

Если источник замкнут на внешнюю цепь, то в нем непрерывно происходит разделение зарядов, причем сторонние силы по-прежнему совершают работу А = QE, или, имея в виду, что Q = It, A = EIt.

По закону сохранения энергии электрическая энергия, выработанная в источнике ЭДС, за то же время «расходуется» (т. е. преобразуется) в другие виды энергии в участках электрической цепи.

Часть энергии затрачивается во внешнем участке:

A1 = UQ = UIt,

где U — напряжение на зажимах источника, которое при замкнутой внешней цепи уже не равно ЭДС.

Другая часть энергии «теряется» (преобразуется, в тепло) внутри источника:

A2 = A — A1 = (E — U)It = UoIt

В последней формуле Uo — это разность ЭДС и напряжения на зажимах источника, которая называется внутренним падением напряжения. Таким образом,

Uo = E — U,

откуда

E = U + Uo

т. е. ЭДС источника равна сумме напряжения на зажимах и внутреннего падения напряжения.

Величина, характеризующая скорость, с котором происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа, называетсямощностью (обозначение Р):

P = A / t

Величина, характеризующая скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в источнике в электрическую, называется мощностью генератора:

Pг = A / t = EIt / t = EI

Величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование электрической энергии во внешних участках цепи в другие виды энергии, называется мощностью потребителя:

P1 = A1 / t = UIt / t = UI

Мощность, характеризующая непроизводительный расход электрической энергии, например на тепловые потери внутри генератора, называется мощностью потерь:

Po = (A — A1) / t = UoIt / t = UoI

По закону сохранения энергии мощность генератора равна сумме мощностей; потребителей и потерь:

Pг = P1 + Po

Единицы измерения работы и мощности

Единица измерения мощности находится из формулы P = A / t = дж/сек.

Единица измерения мощности дж/сек называется ватт (обозначение Вт), т. е. 1 Вт = 1 дж/сек.

С другой стороны, из A = QE 1 дж = 1 Кх l В, откуда 1 Вт = (1В х 1К) / 1с1 = 1В х 1 А = 1 ВА, т. е. ватт есть мощность электрического тока в 1 А при напряжении 1 В.

Более крупными единицами мощности являются гектоватт 1 гВт = 100 Вт и киловатт — 1 кВт = 10³ Вт.

Электрическая энергия подсчитывается обыкновенно в: ватт-часах (Вт-ч) или кратных единицах: гектоватт-часах (гВт-ч) и киловатт-часах (кВт-ч).

ЛЕКЦИЯ 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ: ПОНЯТИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ, УСЛОВНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ, ЭЛЕМЕНТЫ, МЕТОДЫ РАСЧЕТА. ИСТОЧНИКИ ТОКА: ТИПЫ, ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ, СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ, ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ.

 

Электрическая цепь — это совокупность различных элементов, образующих путь для прохождения электрического тока.

 

Условия существования тока в электрической цепи:

· наличие источника ЭДС (наличие разности потенциалов на зажимах источника)

· замкнутая электрическая цепь

· наличие свободных носителей заряда

Классификация электрических цепей:

Урок на тему Работа и мощность в электрической цепи

П л а н у р о к а № 5 Дата____________

Работа и мощность в электрической цепи. (2 часа)

П 00. Профессиональный цикл

ОПД 13. Основы электротехники

Преподаватель: А.А. Гурьянов

— о соотношении электрических величин между собою;

— об определении работы и мощности в электрической цепи

— о единицах измерения работы и мощности.

Воспитательная цель

Сформировать у учащихся усидчивость, внимательность, аккуратность, ответственность; организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

Развивающая цель

Сформировать у учащихся навыки:

— рассчитывать параметры электрических цепей;

— читать принципиальные, электрические и монтажные схемы;

— подбирать устройства электронной техники, электрические приборы и оборудование с определенными параметрами и характеристиками.

Тип учебного

занятия

изучение нового материала.

Формируемые компетенции

ПК 1.2. Взаимодействовать с о специалистами смежного профиля при разработке методов, средств и технологий применения объектов профессиональной деятельности.

ПК 1.3. Производить модификацию отдельных модулей информационной системы в соответствии с рабочим заданием, документировать произведенные изменеия.

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

Вид учебного

занятия

смешанный

Межпредметные связи

математика, физика

Оснащение,

оборудование

Учебник, компьютер, проектор, экран, интерактивная доска

Структура урока.

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний.

3. Формирование новых понятий и способов действий.

4. Формирование умений и навыков.

5. Итог урока.

6. Домашнее задание.

Ход урока.

1. Организационный момент.

Учет отсутствующих, проверка домашнего задания, сообщение темы и постановка целей урока.

2. Актуализация знаний.

Сформулируйте законы Кирхгофа.

3. Формирование новых понятий и способов действий.

Найдем работу, совершаемую электрическим током, протекающим по участку электрической цепи с напряжением U (см. рис.).

Мы уже отмечали (см. урок 3), что напряжение равно работе совершаемой источником ЭДС при перемещении единичного заряда вдоль рассматриваемого участка цепи. Если перемещается не единичный заряд, а некоторый заряд Q, то совершаемая при этом работа А будет в Q раз большей:

А = UQ.

Выразив заряд через силу тока и время, получим

А = UIt.

За бесконечно малое время dt совершается бесконечно малая работа dA = UIdt.

Определим мощность Р как работу, совершаемую в единицу времени. Тогда

;

Из этих формул определяются единица измерения мощности и единица измерения работы электрического тока:

[Р] = [U] [I] = В·А = Вт.

Единица измерения мощности, равная одному вольту, умноженному на один ампер, называется ваттом (Вт). Единицу мощности, в 1000 раз большую, чем ватт, называют киловаттом (кВт).

Работа электрического тока измеряется в джоулях (Дж):

[A] = [P]·[t] = Вт·с = Дж.

Джоуль или ватт-секунда — сравнительно небольшая единица, поэтому на практике часто применяется единица в 3600 раз большая, которую называют ватт-часом (час содержит 3600 с):

1 Вт·ч = 3600 Дж.

Таким образом, ватт-час (Вт·ч) — это работа, совершаемая источником электрической энергии мощностью один ватт в течение одного часа.

Единицу в 1000 раз большую называют киловатт-часом (кВт·ч).

1 кВт·ч = 1000 Вт·ч = 3,6·10⁶ Дж.

Итак, мощность измеряется в ваттах (вольт-амперах), киловаттах; работа измеряется в джоулях, ватт-часах, киловатт-часах.

Работа и мощность электрического тока (282)

А В

φ_А = –10 В;

φ_В = 5 В.

Из точки А в точку В переместился заряд 10 Кл. Определите величину работы.

50 В·А·с

149

150 В·А·с

68

500 В·А·с

150

Задача не определяется, так как неизвестно напряжение между точками АВ

67

Генератор при напряжении 110 В вырабатывает ток силой 10 А. Определите работу электрического тока в течение 1 ч.

1100 В·А·ч

151

110 В·А·ч

66

110 В·А·с

152

Ток в цепи увеличился в 2 раза, напряжение источника уменьшилось в 2 раза. Как изменилась мощность, отдаваемая источником?

Уменьшилась в 2 раза

65

Не изменилась

153

Увеличилась в 2 раза

64

Генератор при напряжении 110 В вырабатывает ток силой 10 А. Определите мощность, развива­емую генератором.

1100 Вт

154

110 кВт

63

110 Вт·ч

155

В течение 1 мин генератор выработал 3,610^б Дж энергии. Определите мощность, развиваемую генератором.

3,6·10⁶ Вт

62

60 кВт

156

600 кВт

61

4. Формирование умений и навыков.

77. Заполните таблицу.

55 кВт

1500 Вт

1,5 МВт

0,33 кВт

0,12 МВт

312 кВт

… Вт

… кВт

… кВт

… Вт

… кВт

… МВт

78. Определите мощность, потребляемую электрическим двигателем, если ток в цепи равен 6 А, а двигатель включен в сеть напряжением 220 В.

79. Электродвигатель, подключенный к сети напряжением 220 В, потребляет ток 6 А. Определите мощность двигателя и количество энергии, которую он потребляет за 8 ч работы.

5. Итог урока.

Проверка выполнения задач, выставление оценок, сообщение домашнего задания.

6. Домашнее задание.

80. В квартире имеются восемь ламп, из которых шесть мощностью по 40 Вт горят 6 ч в сутки, а две мощностью по 60 Вт – 8 ч в сутки. Сколько нужно заплатить за горение всех ламп в течение месяца (30 дней) при тарифе 3,45 р. за 1 кВт·ч?

5). Работа и мощность в электрической цепи

При прохождении электрического тока по электрической цепи в ней происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии, т.е. совершается работа [dW] [Дж] или [Н∙м]. Из выражения для напряжения: U = dW /dQ можно записать: dW = U dQ = U I dt [Дж], или : W = U I t [Дж].

  Для характеристики скорости энергетического процесса преобразования и обмена электрической энергией в электрических цепях переменного тока используют понятие — полная мощность [S] [ВА]: S = dW /dt = U I .

Скорость процесса преобразования электрической энергии в другие виды энергии – характеризуется понятием — активная мощность Р [Вт]. В случае, когда проводник, по которому течёт электрический ток не перемещается (отсутствует механическая работа) и в проводнике не происходит химических превращений, то вся энергия электрического тока преобразуется во внутреннюю энергию, которая выделяется в виде тепла. В случае такого полного преобразования электрической энергии в тепловую для определения активной мощности используется формула Джоуля-Ленца: P = I² R [Вт]. По этой же формуле обычно определяют тепловые потери («джоулевы» потери) в различных электротехнических устройствах, машинах, аппаратах и др.

 Скорость процесса обмена электрической энергией между электромагнитными полями в электрических цепях переменного тока вводится понятие — реактивная мощность Q=I²X, единица измерения Вольт-Ампер реактивный [ВАр]

2. Электрическая цепь постоянного тока. Основные элементы и их условно-графические обозначения. Методы расчета цепей постоянного тока (правила Кирхгофа, метод эквивалентных преобразований).

Электрической цепью называют совокупность электротехнических устройств, образующих путь для прохождения электрического тока, электромагнитные процессы в которой могут быть описаны с помощью электрических величин — электродвижущей силы (E), тока (I) и напряжения (U).

Для расчета и анализа режимов работы реальных устройств электрических цепей используют эквивалентные схемы замещения. Чем точнее элементы схемы замещения отражают реальную цепь, тем точнее ее расчет и анализ режимов работы.

Схемы замещения линейных электрических цепей постоянного тока можно составить с помощью двух типов идеальных элементов (Рис.1):

идеального источника Э.Д.С. с параметром Е (Рис.1а) и идеального резистора (сопротивления) с параметром R (Рис.1б).

Электрические провода, соединяющие такие элементы, изображаются на схемах в виде отрезков прямых линий, электрическим сопротивлением этих проводов при анализе и расчете пренебрегают.

Ветвью называют участок цепи вдоль которого протекает один и тот же ток и который состоит из последовательно соединенных элементов.

Узлом называется место соединения трех и более ветвей.

Контуром называется любой замкнутый путь цепи, который можно обойти, двигаясь по ее ветвям.

Расчет и анализ электрических цепей производится с использованием закона Ома, первого и второго законов Кирхгофа.

Работа и мощность переменного тока — Студопедия

Энергия, поставляемая источником электродвижущей силы во внешнюю цепь, испытывает превращения в другие виды энергии. Если в цепи имеется только активное сопротивление, то вся энергия превращается в тепло, выделяемое на сопротивлении . Между током и напряжением сдвиг фаз отсутствует. Кроме того, в течение малого промежутка времени переменный ток можно рассматривать как постоянный. Поэтому мгновенная мощность, развиваемая переменным током на сопротивлении:

.

Хотя ток и напряжение бывают как положительными, так и отрицательными, мощность, равная их произведению, всегда положительна. Однако она пульсирует, изменяясь от нуля до максимального значения с частотой, равной удвоенной частоте переменного тока. На рис. 7.12 показана временная зависимость тока, напряжения и мощности переменного тока, выделяемой на активном сопротивлении. Ясно, что средняя передаваемая мощность меньше максимальной и равна половине максимальной мощности. Среднее значение и за период равно . Это можно объяснить следующим образом: , а за полный цикл среднее значение равно среднему значению . Поэтому среднее значение мощности будет равно

.

Коэффициент мощности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига.

Как известно, потребляемая от источника переменного тока энергия складывается из двух составляющих:

1. Активной энергии

2. Реактивной энергии

1. Активная энергия — та часть потребляемой энергии, которая целиком и безвозвратно преобразуется приемником в другие виды энергии.

Пример: Протекая через резистор, ток совершает активную работу, что выражается в увеличении тепловой энергии резистора. Вне зависимости от фазы протекающего тока, резистор преобразует его энергию в тепловую. Резистору не важно в каком направлении течет по нему ток, важна лишь его величина: чем он больше, тем больше тепла высвободится на резисторе (количество выделенного тепла равно произведению квадрата тока и сопротивления резистора).

Реактивная энергия — та часть потребляемой энергии, которая в следующую четверть периода будет целиком отдана обратно источнику.

РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ

Известно, что в механической системе резонанс наступает при равенстве собственной частоты колебаний системы и частоты колебаний возмущающей силы, действующей на систему. Колебания механической системы, например колебания маятника, сопровождаются периодическим переходом кинетической энергии в потенциальную и наоборот. При резонансе механической системы малые возмущающие силы могут вызывать большие колебания системы, например большую амплитуду колебаний маятника.

В цепях переменного тока, где есть индуктивность и емкость, могут возникнуть явления резонанса, которые аналогичны явлению резонанса в механической системе. Полная аналогия – равенство собственной частоты колебаний электрического контура частоте возмущающей силы (частоте напряжения сети) – возможна не во всех случаях.

В общем случае под резонансом электрической цепи понимают такое состояние цепи, когда ток и напряжение совпадают по фазе, и, следовательно, эквивалентная схема цепи имеет место при определенном соотношении ее параметров r, L, C, когда резонансная частота цепи равна частоте приложенного к ней напряжения.

Резонанс в электрической цепи сопровождается периодическим переходом энергии электрического поля емкости в энергию магнитного поля и наоборот.

При резонансе в электрической цепи малые напряжения, приложенные к цепи, могут вызвать значительные токи и напряжения на отдельных участках. В цепи, где r, L, C соединены последовательно, может возникнуть резонанс напряжений, а в цепи, где r, L, C соединены параллельно, – резонанс токов.

Резонанс — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при совпадении частоты собственных колебаний с частотой колебаний вынуждающей силы резонансную частоту можно найти из выражения

,

где ; f — резонансная частота в герцах; L — индуктивность в генри; C — ёмкость в фарадах.

Работа тока

Электрический ток, конечно же, не стал бы так широко использоваться, если бы не одно обстоятельство. Работу тока или же электроэнергию легко преобразовывать в любую нужную нам энергию или работу: тепловую, механическую, магнитную…

Для практического применения тока прежде всего хочется знать, какую работу можно обратить в свою пользу. Выведем формулу для определения работы тока:

Так как все величины, входящие в формулу, можно измерить соответствующими приборами (амперметр, вольтметр, часы), формула является универсальной.

Формулу можно также записать в несколько ином виде, используя закон Ома:

Если в исходную формулу для работы тока подставить силу тока, записанную таким образом, то получим:

Если же из закона Ома выразить напряжение, то тогда:

Использование этих формул удобно, когда в цепи присутствует какое-то одно соединение: параллельное для первого случая и последовательное для второго

PPT — Электромонтажные работы и презентация PowerPoint, скачать бесплатно

Электротехнические работы и питание

Электротехнические работы и мощность Сопротивление RI + — I Понизить V2 Более высокое значение V1 Ток I проходит через разность потенциалов DV Следите за зарядом Q: на положительном конце, U1 = QV1 на отрицательном конце, U2 = QV2 PE Уменьшается: скорость зарядов постоянна в проводах и резисторе. Во что преобразуется электрическая потенциальная энергия?

Электрическое сопротивление преобразует электрическую потенциальную энергию в тепловую энергию (тепло), так же, как трение в механических системах преобразует механическую энергию в тепло.Эта тепловая энергия означает, что атомы в проводнике движутся быстрее, и проводник становится горячее. Средняя кинетическая энергия электронов не увеличивается, когда ток достигает установившегося состояния; электроны теряют энергию при столкновении с атомами так же быстро, как и поле.

Мощность, рассеиваемая резистором: Рассеиваемая мощность = ток x разность потенциалов Единицы: 1 вольт (= Дж / Кл) x 1 ампер (= Кл / с) = 1 Вт (= 1 Дж / с) для резистора : V = IR, поэтому есть 2 другие эквивалентные формулы: Эта рассеиваемая мощность называется «джоулева нагревом» в резисторе

Пример a) Какое сопротивление у лампы «60 Вт»? (для источника питания 120 В) б) Найдите R для фары на 60 Вт (аккумулятор 12 В).в) Какую мощность вы получите от бытовой лампочки «60 Вт», если подключить ее к автомобильному аккумулятору на 12 В?

Пример Вольфрамовая нить накала лампочки рассеивает 60,0 Вт мощности от 120-вольтового источника. Если нить накала представляет собой проволоку длиной 50,0 мм и диаметром 0,250 мм, рассчитайте удельное сопротивление вольфрама при рабочей температуре нити.

Quiz Автомобильные аккумуляторы обычно измеряются в ампер-часах. Эта информация обозначает величину: a) токаb) мощностиc) энергииd) зарядаe) потенциала, который батарея может предоставить

«Электродвижущая сила ε» (ЭДС) ε внешняя работа на единицу заряда Единицы: Дж / Кл = вольт (на самом деле не сила), но он «проталкивает» заряды по цепи.- + I Например: Батарея (химическая энергия  электрическая энергия) Генератор (механическая энергия  электрическая энергия)

Когда ток уходит из батареи , батарея выдает мощность, равную: I = 2 AP = Iε = 24 Вт ε = 12 VR Если ток был вынужден поступать в батарею (как при ее зарядке), то она потребляет такую ​​же мощность. Как выглядит баланс энергии в этой схеме? Резистор: электрическая энергия  тепло

Real Batteries I r = «внутреннее сопротивление» батареи A r I RL (внешнее сопротивление, «нагрузка») IB VB + -Ir = VA VA — VB = V = « напряжение на клеммах » измеренное« Напряжение на клеммах »ε — Ir = В

Пример • Батарея имеет ЭДС 12 В и внутреннее сопротивление 0.05 Ом. Его клеммы подключены к нагрузке с сопротивлением 3 Ом. Найдите: • Ток в цепи и напряжение на клеммах • Мощность, рассеиваемую в нагрузке, внутреннее сопротивление и общую мощность, отдаваемую батареей

Покажите, что максимальная мощность теряется в сопротивлении нагрузки R когда R = r, то есть когда сопротивление нагрузки соответствует внутреннему сопротивлению батареи. Пример

Автомобильный аккумулятор: 12.8 В (при токе 20 A) 9,2 В (при токе 200 A) Найдите: E и внутреннее устройство батареи Пример На клеммах

Шокирующие вопросы • Почему безопаснее прикасаться к проводам тыльной стороной руки? • Если вы упадете из здания и по пути вниз схватитесь за высоковольтную линию, вас ударит током?

.{2}} {\ text {9,8}} \\ & = \ текст {3,67} \ текст {Ω} \ end {выровнять *}

Теперь мы можем найти неизвестное сопротивление, сначала вычислив эквивалентное параллельное сопротивление:

\ begin {align *} \ frac {1} {R_ {p}} & = \ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} + \ frac {1} {R_ {3}} \\ & = \ frac {1} {1} + \ frac {1} {5} + \ frac {1} {3} \\ & = \ frac {23} {15} \\ R_ {p} & = \ text {0,65} \ text {Ω} \ end {выровнять *} \ begin {align *} R_ {s} & = R_ {4} + R_ {p} \\ R_ {4} & = R_ {s} — R_ {p} \\ & = \ text {3,67} — \ text {0,65} \\ & = \ текст {3,02} \ текст {Ω} \ end {выровнять *}

Теперь мы можем рассчитать общий ток:

\ begin {align *} I & = \ frac {V} {R} \\ & = \ frac {6} {\ text {3,67}} \\ & = \ текст {1,63} \ текст {А} \ end {выровнять *}

Это ток в последовательном резисторе и во всем параллельном соединении.{2} (\ text {3,02}) \\ & = \ текст {0,89} \ текст {W} \ end {выровнять *}

Затем мы находим напряжение на этих резисторах и используем его, чтобы найти напряжение на параллельной комбинации:

\ begin {align *} V & = IR \\ & = (\ текст {1,63}) (\ текст {3,02}) \\ & = \ текст {4,92} \ текст {V} \ end {выровнять *} \ begin {align *} V_ {T} & = V_ {1} + V_ {p} \\ V_ {p} & = V_ {T} — V_ {1} \\ & = \ text {6} — \ text {4,92} \\ & = \ текст {1,08} \ текст {V} \ end {выровнять *}

Это напряжение на каждом из параллельных резисторов.{2}} {\ text {3}} \\ & = \ текст {3,5} \ текст {W} \ end {выровнять *} .

Электронные схемы | HowStuffWorks

Вы, возможно, слышали термин «микросхема », «», особенно когда речь идет о компьютерном оборудовании. Чип — это крошечный кусок кремния, обычно около одного квадратного сантиметра. Микросхема может представлять собой единственный транзистор (кусок кремния, который усиливает электрические сигналы или служит переключателем включения / выключения в компьютерных приложениях). Это также может быть интегральная схема , состоящая из множества соединенных между собой транзисторов.Чипы заключены в герметичный пластиковый или керамический корпус, который называется корпусом . Иногда люди называют весь пакет микросхемой, но на самом деле микросхема находится внутри упаковки.

Существует два основных типа ИС — монолитная и гибридная . Монолитные ИС включают всю схему на одном кремниевом кристалле. Их сложность может варьироваться от нескольких транзисторов до миллионов транзисторов в микросхеме микропроцессора компьютера.Гибридная ИС имеет схему с несколькими микросхемами, заключенными в единый корпус. Микросхемы в гибридной ИС могут представлять собой комбинацию транзисторов, резисторов, конденсаторов и монолитных микросхем ИС.

Объявление

Печатная плата , или PCB, удерживает вместе электронную схему. Готовая печатная плата с присоединенными компонентами представляет собой печатную плату в сборе или PCBA. Многослойная печатная плата может иметь до 10 уложенных друг на друга печатных плат.Гальванические медные проводники, проходящие через отверстия, называемые переходными отверстиями , соединяют отдельные печатные платы, образуя трехмерную электронную схему.

Транзисторы являются наиболее важными элементами в электронной схеме. Диоды представляют собой крошечные кремниевые чипы, которые действуют как клапаны, позволяя току течь только в одном направлении. Другие электронные компоненты пассивные элементы , например резисторы и конденсаторы . Резисторы обеспечивают определенное сопротивление току, а конденсаторы накапливают электрический заряд.Третий основной пассивный элемент схемы — это индуктор , который накапливает энергию в виде магнитного поля. В микроэлектронных схемах очень редко используются индукторы, но они часто встречаются в более крупных силовых цепях.

Большинство схем разработано с использованием программ автоматизированного проектирования или САПР. Многие схемы, используемые в цифровых компьютерах, чрезвычайно сложны и используют миллионы транзисторов, поэтому САПР — единственный практический способ их проектирования. Разработчик схем начинает с общей спецификации функционирования схемы, а программа САПР составляет сложную схему соединений.

При травлении металлического рисунка межсоединений на печатной плате или микросхеме используется устойчивый к травлению маскирующий слой для определения рисунка схемы. Открытый металл вытравливается, оставляя рисунок соединения металла между компонентами.

Почему в электронных схемах используется переменный ток?

В электронных схемах расстояния и токи очень малы, так зачем использовать переменный ток? Прежде всего, токи и напряжения в этих цепях представляют собой постоянно меняющиеся явления, поэтому электрические представления или аналоги также постоянно меняются.Вторая причина заключается в том, что радиоволны (например, те, которые используются в телевизорах, микроволновых печах и сотовых телефонах) являются высокочастотными сигналами переменного тока. Частоты, используемые для всех типов беспроводной связи, неуклонно совершенствовались на протяжении многих лет, от диапазона килогерц (кГц) на заре радио до мегагерц (МГц) и гигагерц (ГГц) сегодня.

В электронных схемах используется постоянный ток для обеспечения питания транзисторов и других компонентов электронных систем. Выпрямитель Схема преобразует мощность переменного тока в постоянный из сетевого напряжения переменного тока.

Статьи по теме HowStuffWorks

Еще отличные ссылки

Источники

• Все о схемах. http://www.allaboutcircuits.com/
• Уроки электрических цепей. http://www.ibiblio.org/obp/electricCircuits/
• Концепции электрических цепей. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/electric/ecircon.html
• Уроки электрических цепей. http://www.electriccircuits.net/

.

Чем занимается инженер-электрик? — CareerExplorer

Кто такой инженер-электрик?

Электротехника восходит к концу 19 века и является одной из новейших отраслей машиностроения. Область электроники зародилась с изобретением в 1904 году Джоном Амброузом Флемингом термоэмиссионной ламповой диодной лампы и была основой всей электроники, включая радио, телевидение и радары, до середины 20 века.

Электротехника занимается технологиями электричества и, в частности, занимается электричеством, электромагнетизмом и электроникой.Он также охватывает энергетику, системы управления, телекоммуникации и обработку сигналов.

Инженер-электрик — это тот, кто применяет физику и математику электричества, электромагнетизма и электроники для проектирования и разработки нового электрического оборудования и систем, для решения проблем и тестирования оборудования. Возникновение современной эпохи отмечено появлением электричества в домах, на предприятиях и в промышленности, что стало возможным благодаря инженерам-электрикам.

Некоторые из наиболее важных пионеров в области электротехники включают Томаса Эдисона (электрическая лампочка), Джорджа Вестингауза (переменный ток), Никола Тесла (асинхронный двигатель), Гульельмо Маркони (радио) и Фило Т.Фарнсворт (телевидение). Инновационные идеи и концепции были превращены в практические устройства и системы, проложившие путь к тому, что мы имеем и используем сегодня.

Современные инженеры-электрики работают над различными проектами, от проектирования бытовой техники до проектирования крупных систем электросвязи, электрических станций и систем спутниковой связи.

Чем занимается инженер-электрик?

Инженеры-электрики работают над различными проектами, такими как компьютеры, роботы, сотовые телефоны, карты, радары, навигационные системы, проводка и освещение в зданиях и другие виды электрических систем.Все больше и больше инженеры-электрики полагаются на системы автоматизированного проектирования (САПР) для создания схем и компоновки схем, и они используют компьютеры для моделирования работы электрических устройств и систем.

Инженеры-электрики работают в разных отраслях, и требуемые навыки также различаются. Эти навыки могут варьироваться от базовой теории схем до навыков, необходимых для работы менеджером проекта. Инструменты и оборудование, которые могут понадобиться инженеру-электрику, также разнообразны и могут варьироваться от простого вольтметра до анализатора верхнего уровня и передового программного обеспечения для проектирования и производства.

Должностные обязанности инженера-электрика могут требовать:

• Оценка электрических систем, продуктов, компонентов и приложений
• Разработка и проведение исследовательских программ
• Применение знаний в области электричества и материалов
• Подтверждение возможностей системы и компонентов путем разработки методов и свойств испытаний
• Разработка электротехнической продукции на основе изучения требований клиентов
• Исследования и испытания методов производства и сборки и материалов
• Разработка производственных процессов путем проектирования и модификации оборудования
• Обеспечение качества продукции путем разработки методов электрических испытаний
• Тестирование готовой продукции и возможностей системы
• Подготовка отчетов о продуктах путем сбора, анализа и обобщения информации и тенденций
• Предоставление инженерной информации путем ответов на вопросы и запросы
• Поддержание репутации продукции и компании посредством соблюдения федеральных и государственных нормативных требований
• Ведение базы данных о продукции путем написания компьютерных программ и ввода данных

Электротехника включает множество дисциплин.Некоторые инженеры-электрики специализируются исключительно на одной под-дисциплине, в то время как другие специализируются на комбинации под-дисциплин. Наиболее популярные дисциплины:

Инженер-электронщик
Инженеры-электронщики исследуют, проектируют, создают и тестируют электронные системы и компоненты, которые будут использоваться в таких областях, как телекоммуникации, акустика, аэрокосмическое наведение и управление движением, или приборы и средства управления. Эта карьера очень похожа на карьеру инженера-электрика — обе профессии в США взаимозаменяемы.Главное отличие — специализация. В то время как инженеры-электрики заботятся о целых электрических системах, инженеры-электронщики оттачивают более мелкие детали, такие как отдельные компьютеры, электронные схемы, резисторы, конденсаторы, индукторы, транзисторы и диоды, и используют свои знания в области теории электроники и свойств материалов.

Инженер по микроэлектронике
Микроэлектроника — это подраздел электроники, относящийся к изучению и микроизготовлению очень небольших электронных конструкций и компонентов схем, обычно изготавливаемых из полупроводниковых материалов.Многие компоненты обычной электронной конструкции также доступны в микроэлектронном эквиваленте, который может включать транзисторы, конденсаторы, индукторы, резисторы, диоды, изоляторы и проводники. Инженеры в области микроэлектроники используют специализированное оборудование и уникальные методы подключения, такие как соединение проводов, из-за необычно малого размера компонентов, выводов и контактных площадок. По мере совершенствования технологий масштаб микроэлектронных компонентов продолжает уменьшаться, поэтому влияние свойств схемы, таких как межсоединения, может стать более интересным.Задача специалиста по микроэлектронике — найти способы минимизировать эти «паразитные» эффекты, создавая при этом более компактные, быстрые и дешевые устройства.

Инженер по обработке сигналов
Инженер по обработке сигналов анализирует и изменяет цифровые сигналы, чтобы сделать их более точными и надежными. В обязанности входит разработка, управление и обновление цифровых сигналов, а также создание алгоритмов для их более эффективной обработки. Инженер по обработке сигналов может работать в таких областях, как обработка изображений, обработка речи, распознавание образов, проектирование микросхем, разработка радиочастот, биомедицинская обработка сигналов, а также космические и военные приложения, включая спутниковую и мобильную связь.Эффективное использование сигналов достигается за счет реализации точных алгоритмов, закодированных в программных пакетах, с краткими шагами и выводами в реальном времени. Инженеры должны разработать необходимые шаги, предоставить спецификации, спроектировать процессор, который действует как машина, и предварительно смоделировать систему перед изготовлением.

Инженер-энергетик
Инженер-энергетик, также называемый инженером по энергетическим системам, имеет дело с подобластью электротехники, которая включает производство, передачу, распределение и использование электроэнергии, а также электрического оборудования, связанного с этими системами (например, трансформаторы, генераторы, двигатели и силовая электроника).Хотя большая часть внимания энергетиков сосредоточена на проблемах, связанных с трехфазным переменным током, другая область внимания связана с преобразованием между переменным и постоянным током и развитием конкретных энергетических систем, подобных тем, которые используются в самолетах или на электрических железных дорогах. сети. Энергетики большую часть своей теоретической базы черпают из электротехники.

Инженер по контролю
Техника управления, или разработка систем управления, обычно преподается вместе с электротехникой во многих университетах и, в частности, фокусируется на реализации систем управления, полученных путем математического моделирования широкого диапазона систем.Этот тип инженерной дисциплины использует теорию автоматического управления для разработки контроллеров, которые заставляют системы вести себя определенным образом, используя микроконтроллеры, программируемые логические контроллеры, процессоры цифровых сигналов и электрические схемы. Используя детекторы и датчики для измерения выходной производительности управляемого процесса и обеспечения корректирующей обратной связи, можно достичь желаемой производительности.

Инженер по телекоммуникациям
Телекоммуникационная инженерия — это дисциплина, сосредоточенная на электротехнике и вычислительной технике, которая пытается помочь и улучшить телекоммуникационные системы.Работа инженера по телекоммуникациям будет варьироваться от проектирования базовой схемы до предоставления услуг высокоскоростной передачи данных и надзора за установкой телекоммуникационного оборудования (такого как электронные системы коммутации, оптоволоконные кабели, IP-сети и системы микроволновой передачи). Они используют ассортимент оборудования и транспортных средств для проектирования сетевой инфраструктуры (такой как витая пара, коаксиальные кабели и оптические волокна) и предоставляют решения для беспроводных режимов связи и передачи информации, таких как услуги беспроводной телефонной связи, радио и спутниковая связь. связь, Интернет и широкополосные технологии.

Инженер по КИП
Приборостроение берет свое начало как в электротехнике, так и в электронике и занимается разработкой измерительных устройств для измерения давления, расхода и температуры. Короче говоря, эта область имеет дело с процессами измерения, автоматизации и управления, что требует глубокого понимания физики. Инженеры по КИП разрабатывают новые интеллектуальные датчики, интеллектуальные преобразователи, технологию MEMS и технологию Blue Tooth. Можно найти инженеров по КИП, работающих практически во всех обрабатывающих и обрабатывающих отраслях, связанных со сталелитейной, нефтяной, нефтехимической, энергетической и оборонной промышленностями.

Инженер-компьютерщик
Большинство университетов предлагают компьютерную инженерию либо в качестве степени, суб-дисциплины электротехники, либо предлагают двойную степень в области электротехники и вычислительной техники. Компьютерные инженеры исследуют, проектируют, разрабатывают и тестируют компьютерные системы и компоненты, такие как процессоры, компьютерные платы, устройства памяти, сети и маршрутизаторы, микрочипы и другие электронные компоненты. Они специализируются в таких областях, как цифровые системы, операционные системы, компьютерные сети и т. Д.Компьютерная инженерия пытается согласовать цифровые устройства с программным обеспечением для удовлетворения научных, технологических и административных потребностей бизнеса и промышленности.

Инженеры-электрики также известны как:
Инженер-электрик Менеджер электрических проектов, инженер

.