1.2. Режимы работы источника электрической энергии

Представим простейшую электрическую цепь схемой рис.1.1, на которой указан реальный источник ЭДС, например аккумулятор.

Существуют следующие режимы работы источника электрической энергии постоянного тока: номинальный режим, рабочий режим, режим холостого хода, режим короткого замыкания.

Режимы работы источника электрической энергии определяет вольт-амперная характеристика (рис.1.4) — зависимость напряжения U от тока .

Номинальный режим источника характеризуется номинальными параметрами источника, соответствующими расчётным паспортным значениям завода-изготовителя, к которым относятся параметры: Iном,Uном и Рном, где Рном номинальная мощность источника. По Uном рассчитывается сопротивление изоляции проводов, по Iном рассчитываются условия нагрева проводов по допустимому току.

Рис.

1.4. Вольт-амперая характеристика источника ЭДС

Точка = соответствует режиму холостого хода, точка Iк — режиму короткого замыкания реального источника ЭДС.

. (1.11)

При = 0 идеализированный источник электрической энергии называется идеальным источником ЭДС, а вольт-амперная характеристика (рис.1.5) определяется выражением:

. (1.12)

Такой источник называется также источником напряжения. На этом же рисунке приведено условное схемное изображение источника напряжения.

Рис.1.5. Идеальный источник ЭДС

В электрических цепях с полупроводниковыми приборами и электронными лампами значительно превышает . Источник электрической энергии, у которого , называется идеальным источником тока с параметром:

. (1.13)

Такому источнику соответствует характеристика рис.1.6:

Рис.1.6. Идеальный источник тока

На этом же рисунке приведено условное схемное изображение источника тока.

Если все слагаемые формулы (1.11) разделить на внутреннее сопротивление источника, то получим выражение:

. (1.14)

Откуда следует, что ток источника тока J складывается из тока I (во внутреннем участке цепи) и тока I (во внешнем участке цепи). Схема с источником тока J приведена на рис.1.7:

Рис.

1.7. Электрическая схема цепи с источником тока

Электрические цепи делятся на неразветвленные и разветвленные цепи. Неразветвленные цепи представляют собой последовательно соединенные источники и приёмники электрической энергии. При этом источники электрической энергии могут иметь либо согласное включение (одинаковое направление), либо встречное включение (направление разное).

Разветвленными называются цепи, в которых источники и приемники электрической энергии соединены параллельно или имеют смешанное соединение. Такие цепи являются сложными, и для их расчета используются либо законы Кирхгофа, либо другие методы расчёта цепей постоянного тока.

Первый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю:

. (1.15)

На схеме рис.1.8 показано параллельное соединение трёх приемников электрической энергии, указано направление токов для узла ‘‘а’’.

Рис.1.8. Электрическая цепь с параллельным соединением приемников

Будем считать направление тока к узлу положительным, а от узла отрицательным. Тогда, используя выражение (1.15), для узла “а” напишем:

или .

Второй закон Кирхгофа: во всяком замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на резистивных элементах:

, (1.16)

где m — число резистивных элементов, n — число ЭДС в контуре.

При этом необходимо задаться направлением обхода контура, а также направлениями токов в ветвях контура и источников ЭДС.

На схеме рис.1.9. рассмотрим один из контуров сложной электрической цепи с указанным направлением обхода контура. По второму закону Кирхгофа запишем:

Рис.1.9. Пример схемы расчёта по второму закону Кирхгофа

Режимы работы электрической цепи

 

Известно, что электрическая цепь – это совокупность определённых устройств, которые обеспечивают постоянное, непрерывное прохождение электрического тока. Работа цепи невозможна, если в ней отсутствуют какие-либо элементы; в обязательном порядке должны присутствовать как источники энергии, так и её проводники, а приёмники, как правило, — это основные устройства, образующие данную цепь.

Если учесть, что в электрической цепи встречаются различные элементы, которые делятся на три основные группы: источники энергии, проводники тока и приёмники, т. е., те элементы, которые питаются от тока и преобразуют энергию в другие её виды, то можно предположить, что существует и различные режимы работы электрических цепей.

Основные режимы работы электрических цепей

Как уже было сказано ранее, любая электрическая цепь может иметь довольно сложную структуру, зависящую от количества элементов в ней и её разветвлённости. Всё это приводит к тому, что цепь может работать в различных режимах.

Выделяют три основных режима работы: нагрузочный (или согласованный), режим короткого замыкания, а также режим холостого хода. Они отличаются друг от друга нагрузкой на электрическую цепь. Также можно выделить номинальный режим работы. В этом режиме работы все устройства в цепи работают при условиях, указанных для них как оптимальные. Эти характеристики прописываются производителем в паспортных данных при изготовлении устройства на заводе.

Нагрузочный, или согласованный режим работы. Если к источнику энергии в электрической цепи подключается какой-либо приёмник, то он обладает неким сопротивлением. Таким приёмником может быть любое устройство, например электрическая лампочка.

Если есть напряжение, то действует закон Ома, таким образом, ЭДС источника получается из суммы напряжений внешнего участка цепи и на внутреннем сопротивлении источника. Падение напряжение во внешней цепи будет равным напряжению на зажимах источника. Оно зависит от нагрузочного тока: чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше ток и, соответственно, меньше напряжение на зажимах источника питания цепи.

Другими словами можно сказать, что нагрузочный или согласованный режим работы представляет собой режим, при котором происходит передача нагрузки повышенной мощности от источника. В этом режиме сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника, при этом расходуется максимальная мощность.

Однако, такой режим не рекомендуется использовать, так как при длительном превышении номинальных значений устройства могут выйти из строя.

Режим работы холостого хода. Этот режим работы электрической цепи характеризует разомкнутое её состояние – ток отсутствует, и все элементы отключены от источника питания.

В таком состоянии цепи внутреннее падение напряжение равно нулю, а напряжение на зажимах источника питание совпадает с ЭДС источника.

Т. е., можно сказать, что режим холостого хода характеризует электрическую цепь, когда она находится в разомкнутом состоянии, а сопротивление нагрузки отсутствует полностью или отключено. Такое состояние цепи можно использовать для измерения ЭДС источника питания.

Режим короткого замыкания. Этот режим работы считается аварийным, электрическая цепь не может работать нормально. Короткое замыкание возникает при соединении двух различных точек цепи, разница потенциалов которых отличается. Такое состояние не предусмотрено изготовителем устройства и нарушает его нормальную работу.

В этом режиме работы зажимы источника энергии замкнуты проводником («закорочены»), при этом его сопротивление близко к нулю. Часто, короткое замыкание происходит в тех случаях, когда соединяются два провода, которые связывают между собой источник и приёмник в цепи, как правило, их сопротивление незначительно, так что его можно назвать нулевым.

При возникновении режима короткого замыкания, ток в цепи значительно превышает номинальные значения (из-за отсутствия сопротивления). Это может привести в непригодное состояние источник энергии и приёмники в электрической цепи. В некоторых случаях это является результатом неправильных действий со стороны персонала, работающего с электротехническим оборудованием.

электромагнитных полей или «ЭМП» | Mass.gov

Электромагнитные поля, как естественные, так и созданные человеком, присутствуют повсюду в нашей окружающей среде. Поскольку электромагнитные поля присутствуют всегда, их источники и эффекты были предметом обширных исследований и научных исследований.

Пропустить оглавление

Содержание

Вы пропустили раздел оглавления.

Что такое ЭДС?

Электромагнитные поля (ЭМП) представляют собой комбинацию электрических и магнитных полей.

Электрические поля возникают из-за электричества, например, когда кухонный прибор подключен к сети. Деревья, стены и большинство предметов могут блокировать или ослаблять электрические поля.

Магнитные поля возникают из-за протекающего электричества, например, когда прибор включен.

Линии электропередач постоянно создают магнитные поля, потому что по ним всегда протекает ток. Магнитные поля могут проходить через большинство объектов.

Электрические и магнитные силы в ЭМП вызваны электромагнитным излучением. Есть две основные категории ЭМП:

• Высокочастотные ЭМП относятся к ионизирующей радиационной части электромагнитного спектра и могут напрямую повреждать ДНК или клетки. Источники включают солнечных лучей и рентгеновских лучей.
   
• Низко- и среднечастотные ЭМП относятся к неионизирующей радиационной части электромагнитного спектра и, как известно, не повреждают ДНК или клетки напрямую. Источники включают линии электропередач и электроприборы, радиоволны, микроволновые печи, сотовые телефоны и беспроводной доступ в Интернет (WiFi). Действуют федеральные правила, помогающие ограничить излучение радиочастот сотовыми телефонами, и регулирующие органы могут принять меры, если уровни излучения опасны для пользователя.

Что делать, если я заинтересован в снижении воздействия ЭМП от мобильных телефонов или беспроводных устройств?

Нет убедительных доказательств того, что воздействие ЭМП от сотовых телефонов и других беспроводных устройств представляет опасность для человека. Однако, если вы хотите уменьшить воздействие неионизирующих ЭМП, вы можете предпринять некоторые шаги. К ним относятся:

• Отойдите подальше от источника. Экспозиция быстро уменьшается по мере увеличения расстояния от источника. Использование динамика на телефоне или проводных наушников при разговоре по мобильному телефону и отказ от хранения устройств рядом с собой во время сна уменьшит воздействие ЭМП.
• Выключение устройств. Устройства, подобные тем, которые полагаются на Wi-Fi, такие как сотовые телефоны, ноутбуки и маршрутизаторы Wi-Fi, являются источниками ЭМП, даже когда они не используются. Переключение мобильного телефона в режим полета также снижает воздействие.
• Ограничение использования. Уменьшите количество или продолжительность вызовов или количество времени, проведенного на устройстве.
   

Где я могу найти информацию об ЭМП сотовых телефонов или беспроводных устройств?

Ряд федеральных агентств разработали руководство и информацию о низкочастотных неионизирующих ЭМП. Это руководство показало, что большинство исследований не выявили повышенного риска последствий для здоровья из-за воздействия низкочастотного ЭМП и что нет установленной связи между низкочастотным ЭМП и рисками для здоровья.

Указанные ниже веб-сайты могут помочь объяснить, что такое ЭМП, описать текущие исследования и дать дополнительные практические советы по снижению воздействия для тех, кто заинтересован:

• Cancer.gov: Электромагнитные поля и рак
• CDC: часто задаваемые вопросы о мобильных телефонах и вашем здоровье
• FCC: часто задаваемые вопросы по радиочастотной безопасности
• EPA: Радиационные ресурсы за пределами EPA

Помогите нам улучшить Mass.

gov своими отзывами Вы нашли то, что искали на этой веб-странице?

Если у вас есть предложения по сайту, сообщите нам. Как мы можем улучшить страницу? *

Пожалуйста, не указывайте личную или контактную информацию.

Отзывы будут использованы только для улучшения сайта. Если вам нужна помощь, обратитесь в Программу радиационного контроля. Пожалуйста, ограничьте ввод до 500 символов.

Пожалуйста, удалите любую контактную информацию или личные данные из вашего отзыва.

Если вам нужна помощь, обратитесь в Программу радиационного контроля.

Пожалуйста, сообщите нам, как мы можем улучшить эту страницу.

Пожалуйста, удалите любую контактную информацию или личные данные из вашего отзыва.

Если вам нужна помощь, обратитесь в Программу радиационного контроля.

Спасибо за отзыв о сайте! Мы будем использовать эту информацию для улучшения этой страницы.

Если вы хотите и дальше помогать нам улучшать Mass.gov, присоединяйтесь к нашей пользовательской панели, чтобы протестировать новые функции сайта.

Обратная связь

Концептуальные вопросы | Texas Gateway

4.1 Резисторы последовательно и параллельно

1

Выключатель имеет переменное сопротивление, близкое к нулю в замкнутом состоянии и чрезвычайно большое в разомкнутом состоянии, и он включается последовательно с устройством, которым он управляет. Объясните влияние переключателя на рис. 4.46 на ток в разомкнутом и замкнутом состоянии.

Рис. 4.46 Переключатель обычно подключается последовательно с источником сопротивления и напряжения. В идеале переключатель имеет почти нулевое сопротивление в закрытом состоянии, но чрезвычайно большое сопротивление в разомкнутом состоянии. (Обратите внимание, что на этой диаграмме буква E представляет напряжение [или электродвижущую силу] батареи. )

2

Какое напряжение на разомкнутом выключателе на рис. 4.46?

3

На разомкнутом выключателе присутствует напряжение, как показано на рис. 4.46. Почему же тогда мощность, рассеиваемая открытым ключом, мала?

4

Почему мощность, рассеиваемая замкнутым выключателем, например, как на рис. 4.46, мала?

5

Студент в физическом кабинете по ошибке подключил лампочку, батарею и выключатель, как показано на рис. 4.47. Объясните, почему лампочка горит, когда выключатель разомкнут, и гаснет, когда выключатель замкнут. (Не пытайтесь это сделать — это плохо для батареи!)

Рис. 4.47 Ошибка проводки поместила этот переключатель параллельно устройству, представленному размером R.R. 12{R} {} (Обратите внимание, что на этой диаграмме буква E представляет напряжение [или электродвижущую силу] батареи.)

6

Зная, что сила удара электрическим током зависит от величины тока, протекающего через ваше тело, предпочли бы вы быть последовательно или параллельно с сопротивлением, например, с нагревательным элементом тостера, если бы оно вас ударило током? Объяснять.

7

Погасли бы фары при запуске двигателя автомобиля, если бы провода в автомобиле были сверхпроводниками? (Не пренебрегайте внутренним сопротивлением батареи.) Объясните.

8

Некоторые гирлянды праздничных огней соединены последовательно для экономии затрат на проводку. В старой версии использовались лампочки, которые разрывали электрическое соединение, как разомкнутый выключатель, когда они перегорали. Если перегорит одна такая лампочка, что будет с остальными? Если такая цепочка работает от 120 В и имеет 40 одинаковых лампочек, каково нормальное рабочее напряжение каждой? В более новых версиях используются лампочки, у которых короткое замыкание, как у замкнутого выключателя, когда они перегорают. Если перегорит одна такая лампочка, что будет с остальными? Если такая цепочка работает от 120 В и имеет 39остальные одинаковые лампочки, какое тогда рабочее напряжение у каждой?

9

Если две бытовые лампочки мощностью 60 Вт и 100 Вт подключить последовательно к бытовой электросети, какая из них будет ярче? Объяснять.

10

Предположим, вы выполняете лабораторную работу по физике, в которой вам нужно включить резистор в цепь, но все резисторы, входящие в комплект поставки, имеют большее сопротивление, чем запрошенное значение. Как бы вы соединили доступные сопротивления, чтобы попытаться получить меньшее требуемое значение?

11

Перед Второй мировой войной некоторые радиоприемники получали питание через шнур сопротивления , который имел значительное сопротивление. Такой шнур сопротивления снижает напряжение до желаемого уровня для радиоламп и т.п., а также экономит расходы на трансформатор. Объясните, почему шнуры сопротивления нагреваются и расходуют энергию, когда радио включено.

12

Некоторые лампочки имеют три уровня мощности (не считая нуля), получаемые из нескольких нитей накала, которые включаются по отдельности и соединяются параллельно. Какое минимальное количество нитей необходимо для трех режимов мощности?

4.2 Электродвижущая сила: напряжение на клеммах

13

Каждая ли ЭДС представляет собой разность потенциалов? Всякая ли разность потенциалов является ЭДС? Объяснять.

14

Объясните, какая батарея заряжается, а какая заряжается на рис. 4.48.

Рисунок 4.48

15

Имея батарею, набор резисторов и различные устройства для измерения напряжения и тока, опишите, как бы вы определили внутреннее сопротивление батареи.

16

Два разных 12-вольтовых автомобильных аккумулятора на полке магазина рассчитаны на 600 и 850 ампер. Какой из них имеет наименьшее внутреннее сопротивление?

17

Каковы преимущества и недостатки последовательного соединения батарей? В параллели?

18

Полуприцепы используют четыре больших 12-вольтовых аккумулятора. Системе стартера требуется 24 В, в то время как для нормальной работы других электрических компонентов грузовика используется 12 В. Как можно было соединить четыре батареи, чтобы получить 24 В? Выдать 12 В? Почему 24 В лучше, чем 12 В для запуска двигателя грузовика (очень большая нагрузка)?

4.3 Правила Кирхгофа

19

Могут ли все токи, входящие в узел на рис. 4.49, быть положительными? Объяснять.

Рисунок 4.49

20

Примените правило соединения к соединению b на рис. 4.50. Получается ли какая-либо новая информация при применении правила соединения в точке e? (На рисунке каждая ЭДС представлена ​​буквой E.)

Рисунок 4.50

21

(a) Какова разность потенциалов при переходе из точки a в точку b на рис. 4.50? б) Чему равна разность потенциалов при переходе от c к b? в) От е до g? (г) От е до d?

22

Примените правило цикла к циклу afedcba на рис. 4.50.

23

Примените правило цикла к циклам abgefa и cbgedc на рис. 4.50.

4.4 Вольтметры и амперметры постоянного тока

24

Почему нельзя подключать амперметр непосредственно к источнику напряжения, как показано на рис. 4.51? (Обратите внимание, что буква E на рисунке означает ЭДС.)

Рисунок 4.51

25

Предположим, вы используете мультиметр (предназначенный для измерения различных напряжений, токов и сопротивлений) для измерения тока в цепи и случайно оставили его в режиме вольтметра. Какое влияние счетчик окажет на цепь? Что произойдет, если вы измеряете напряжение, но случайно переведете мультиметр в режим амперметра?

26

Укажите точки, к которым можно подключить вольтметр для измерения следующих разностей потенциалов на рис. 4.52: (а) разность потенциалов источника напряжения; (б) разность потенциалов на R1;R1; size 12{R rSub { size 8{1} } } {} (c) по R2;R2; размер 12{R rSub { размер 8{2} } } {} (d) по R3;R3; размер 12{R rSub { размер 8{3} } } {} (e) для размера R2R2 12{R rSub { размер 8{2} } } {} и R3. R3. size 12{R rSub { size 8{3} } } {} Обратите внимание, что на каждую часть может быть несколько ответов.

Рисунок 4.52

27

Чтобы измерить токи на рис. 4.52, вы должны заменить провод между двумя точками амперметром. Укажите точки, между которыми вы поместите амперметр для измерения следующих параметров: (а) полный ток; б) ток, протекающий через R1;R1; размер 12{R rSub { размер 8{1} } } {} (c) по R2;R2; размер 12{R rSub { размер 8{2} } } {} (d) по R3.R3. size 12{R rSub { size 8{3} } } {} Обратите внимание, что на каждую часть может быть несколько ответов.

4.5 Нулевые измерения

28

Почему нулевое измерение может быть более точным, чем измерение с использованием стандартных вольтметров и амперметров? Какие факторы ограничивают точность нулевых измерений?

29

Если потенциометр используется для измерения ЭДС ячейки порядка нескольких вольт, почему наиболее точным является стандартный размер ЭДС 12{«ЭДС» rSub { размер 8{s} } } {} того же порядка величины и сопротивления должны быть в пределах нескольких Ом?

4.

6 Цепи постоянного тока, содержащие резисторы и конденсаторы

30

Относительно единиц, участвующих в соотношении τ=RC,τ=RC, размер 12{τ= ital «RC»} {} проверьте, что единицами измерения сопротивления, умноженного на емкость, являются время, то есть Ω⋅F=s.Ω ⋅F=с. размер 12{ %OMEGA cdot F=s} {}

31

Постоянная времени RCRC размера 12{ ital «RC»} {} при дефибрилляции сердца имеет решающее значение для ограничения времени прохождения тока. Если емкость дефибриллятора фиксирована, как бы вы манипулировали сопротивлением в цепи, чтобы настроить размер RCRC 12{ ital «RC»} {} постоянный размер ττ 12{τ} {}? Будет ли также необходима регулировка приложенного напряжения, чтобы гарантировать, что подаваемый ток имеет соответствующее значение?

32

При измерении ЭКГ важно измерять колебания напряжения за небольшие промежутки времени. Время ограничено константой RCRC size 12{ ital «RC»} {} цепи — невозможно измерить изменения времени короче RC. RC. size 12{ ital «RC»} {} Как бы вы манипулировали RR размером 12{R} {} и CC размером 12{C} {} в схеме, чтобы обеспечить необходимые измерения?

33

Нарисуйте два графика зависимости заряда конденсатора от времени. Нарисуйте один для зарядки первоначально незаряженного конденсатора последовательно с резистором, как в схеме на рис. 4.41, начиная с t=0.t=0. размер 12{t=0} {} Нарисуйте другой для разряда конденсатора через резистор, как в схеме на рис. 4.42, начиная с t=0,t=0, размер 12{t=0} {} с начальным заряд Q0.Q0. size 12{Q rSub { size 8{0} } } {} Показать не менее двух интервалов τ.τ. размер 12{τ} {}

34

При зарядке конденсатора, как обсуждалось в связи с рис. 4.41, сколько времени требуется, чтобы напряжение на конденсаторе достигло ЭДС? Это проблема?

35

При разрядке конденсатора, как описано в связи с рис. 4.42, сколько времени требуется, чтобы напряжение на конденсаторе достигло нуля? Это проблема?

36

Ссылаясь на рисунок 4. 41, начертите график зависимости разности потенциалов на резисторе от времени, показав не менее двух интервалов τ.τ. size 12{τ} {} Также нарисуйте график зависимости тока от времени для этой ситуации.

37

Длинный недорогой удлинитель подключается изнутри дома к холодильнику снаружи. Холодильник не работает как надо. В чем может быть проблема?

38

Показывает ли график на рис. 4.44, что постоянная времени для разрядки короче, чем для зарядки? Можно ли ожидать, что ионизированный газ будет иметь низкое сопротивление? Как бы вы отрегулировали размер RR 12{R} {}, чтобы увеличить время между вспышками? Повлияет ли изменение размера RR 12{R} {} на время разряда?

39

Электронное устройство может иметь большие конденсаторы под высоким напряжением в секции питания, представляющие опасность поражения электрическим током, даже когда устройство выключено. Таким образом, через такой конденсатор, как схематически показано на рис.