Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 

 

  • Как отличить хороший самозажимной клеммник от подделки
  • Почему горят ТЭНы на водонагревателях и стиральных машинах и как их заменить
  • Способы и схемы управления тиристором или симистором
  • Стрелочные и цифровые мультиметры - достоинства и недостатки
  • Как устроен компьютерный блок питания и как его запустить без компьютера
  • Устройство плавного пуска электродвигателя: назначение, устройство и принцип работы, преимущества, схема подключения
  • Электрик  

    Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Начинающим электрикам » Основные понятия электротехники, термины и определения
    Количество просмотров: 17338
    Комментарии к статье: 2


    Основные понятия электротехники, термины и определения

    Рассмотрены самые важные понятия электротехники: электрический ток, контур электрического тока, электродвижущая сила, напряжение, электрическое сопротивление, закон Ома, электрическая энергия и мощность.

    1. Электрический ток

    Движущиеся носители электрического заряда образуют электрический ток подобно тому, как движущиеся частички воздуха или воды образуют воздушный или водяной поток. В зависимости от способности различных материалов проводить электрический ток они разделяются на проводники, диэлектрики и полупроводники.

    К проводникам относятся вещества, обладающие электронной проводимостью, — проводники 1-го рода (все металлы, уголь) и вещества, обладающие ионной проводимостью, — проводники 2-го рода (кислоты, основания, растворы солей). Металлы содержат большое количество свободных электронов (около 1023 в одном кубическом сантиметре), которые характеризуются большой подвижностью.

    Диэлектрики содержат незначительное количество свободных электронов. Поэтому они используются в качестве электроизоляционных материалов.

    В полупроводнике перемещение электрических зарядов происходит при движении не только электронов, но и так называемых "дырок". Дырки представляют собой незанятые электронами места в кристаллической решетке и по своим функциям уподобляются носителям положительных зарядов.

    По способности проводить электрический ток полупроводники стоят между проводниками и диэлектриками, причем их проводимость в значительной степени зависит от имеющихся в них примесей.

    Щитовые амперметр и вольтметр

    Наличие тока можно обнаружить по тем эффектам, которые он вызывает. Три эффекта сопровождают электрический ток:

    • в среде, окружающей провода с током, наблюдается магнитное поле;

    • проводник, по которому течет ток, нагревается;

    • в проводниках с ионной проводимостью при электрическом токе наблюдается перенос вещества.

    За направление электрического тока принимается направление движения ионов металла (т. е. положительных зарядов) при электролизе растворов солей. Направление перемещения электронов в металлических проводниках противоположно вышеуказанному направлению (они перемещаются от отрицательного полюса источника к положительному).

    Единицей электрического тока является 1 ампер (1 А). Эта единица выбрана в качестве основной при записи закона электродинамического силового взаимодействия проводников, что устанавливает ее связь с основными механическими единицами.

    Зависимость от времени электрического тока может быть различной. У постоянного тока направление и значение не изменяются. Направление и значение переменного тока изменяются, причем особенно важен для практики переменный ток синусоидальной формы. Если электрическому току свойственны черты и постоянного и переменного тока, то такой ток называется пульсирующим.

    Сила, вызывающая движение электронов в проводнике (ток), распространяется со скоростью света. Однако сами электроны движутся в проводнике со скоростями всего порядка 1 мм/с.

    Подробно про электрический ток:

    Что такое электрический ток

    В каком направлении течет ток

    Эффект Пельтье: магическое действие электрического тока

    2. Контур электрического тока

    В электрической цепи электрический ток циркулирует по замкнутому контуру. От источника ток течет по проводу через выключатель к приемнику, где он и производит желаемый эффект.

    По второму проводу ток возвращается к источнику, проходит через него и снова начинает свой путь. На этом пути электрический ток черпает энергию для своего движения в источнике, а затем отдает ее приемнику обычно путем ее перехода в энергию другого вида — световую, тепловую, механическую и т.д.

    Простая электрическая цепь с лампочкой, выключателем и батарейкой

    В природе и технике встречается много подобных циклических процессов. Например, хорошую, но, конечно, формальную аналогию можно усмотреть в случае движения воды в системе охлаждения автомобиля. Вода получает тепловую энергию от стенок цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

    Даже без водяного насоса возникает движение воды по трубопроводам системы охлаждения и вода отдает большую часть полученной тепловой энергии в радиаторе, являющемся в данном случае приемником энергии.

    Согласно современным представлениям электрический ток в проводниках образуется очень большим количеством мельчайших носителей заряда, называемых электронами. Электрический заряд следует рассматривать как одну из основных характеристик частиц и тел, которая проявляет себя в различного рода силовых взаимодействиях.

    Электрическая розетка на 220 вольт

    3. Электродвижущая сила, напряжение

    Если на некотором участке цепи носители зарядов получают энергию, то принято говорить, что этот участок цепи — источник, развивающий электродвижущую силу (ЭДС). Источники электрической энергии называются источниками ЭДС.

    На участке электрической цепи, где заряды отдают энергию, имеет место так называемое падение напряжения. Падение напряжения на участках цепи — приемниках называют короче просто напряжением.

    Исходящий от источника ЭДС "импульс напряжения" распространяется со скоростью света, в то время как сами электроны движутся с очень малыми скоростями.

    Электрический ток в простой электрической цепи одинаков на всех ее участках, и вследствие высокой скорости распространения импульса напряжения все электроны приходят в движение практически одновременно.

    В случае разомкнутой цепи с источником ЭДС направленного движения потока электронов в ней быть не может. Однако в этой цепи свободные электроны находятся в состоянии постоянной готовности к движению, как только электрическая цепь будет замкнута. В таком случае принято говорить, что оба конца разомкнутой цепи находятся под напряжением.

    Направления ЭДС Е и падения напряжения U совпадают с направлением тока, т. е. противоположны направлению движения электронов.

    Единицей ЭДС и напряжения является 1 вольт (1В).

    Для напряжения выбран ряд стандартизованных значений, чтобы установить единство в снабжении потребителей электрической энергией.

    Для потребителей малой мощности применяются главным образом напряжения 12, 24, 36, 48, 110, 220 В. Для промышленных сетей низкого напряжения и бытовых сетей установлены напряжения 220 и 380 В. Для передачи электроэнергии на дальние расстояния применяются высокие напряжения 6000, 10000, 35000, 110000, 220000, 330000, 500000 и 750000 В.

    Подробнее про электродвижущую силу и напряжение:

    ЭДС, расзность потенциалов, напряжение - что это такое и в чем разница

    Роль источника ЭДС в электрической цепи

    Что такое напряжение, как повысить и понизить напряжение

    Оптимальное напряжение в электросети для работы бытовых электроприборов

    Трехфазная система электроснабжения

    Электрические аппараты защиты

    4. Электрическое сопротивление, закон Ома

    При своем движении по проводнику электроны сталкиваются с атомами и при этом теряют часть своей энергии, что приводит к нагреву проводника. Таким образом, наблюдается сопротивление движению электронов. Опыты показывают, что ток в участке электрической цепи тем больше, чем больше напряжение (падение напряжения) на этом участке.

    При определенных условиях между электрическим током и напряжением существует линейная зависимость: I = GU.

    Символом G в данном уравнении обозначена электрическая проводимость участка цепи, которая тем больше, чем меньшее сопротивление оказывает проводник прохождению электрического тока.

    Однако на практике чаще применяется величина, обратная проводимости, которая называется электрическим сопротивлением: R = 1/G, откуда R = U/I. Это равенство служит для определения электрического сопротивления и известно под названием закона Ома для участка цепи.

    Георг Симон Ом (1789—1854) обнаружил в 1826 г., что сопротивление многих материалов (проводников) не зависит от значения тока в проводнике и, следовательно, является константой.

    Из закона Ома следует, что с ростом напряжения пропорционально увеличивается ток и что при увеличении сопротивления ток уменьшается. Единицей электрического сопротивления является 1 Ом.

    Закон Ома

    На практике часто требуется определить электрический ток в некотором приемнике. Значение этого тока можно установить на основании известных значений электрического сопротивления приемника и поданного на него напряжения.

    Если напряжение будет слишком велико, то ток может быть настолько большим, что вследствие теплового эффекта может разрушить приемник. Большие значения тока могут возникнуть в электрической цепи и при слишком малом сопротивлении или в случае прямого контакта (короткого замыкания) токоведущих частей цепи.

    Для защиты устройств и приборов от перегрузок по току в электрические цепи включаются плавкие предохранители, которые перегорают, или автоматические выключатели, которые выключаются если ток в цепи превышает некоторое определенное значение.

    Сопротивление проводника или провода тем больше, чем больше его длина l и чем меньше площадь его поперечного сечения S.

    Значение электрического сопротивления зависит также и от материала, из которого изготовлен проводник. Каждый материал характеризуется электрической константой: удельным электрическим сопротивлением ρ. Следовательно, уравнение для расчета сопротивления проводника имеет следующий вид: R = (ρl)/S.

    Сопротивление проводника зависит не только от его длины, площади поперечного сечения и материала, но и от температуры.


    У ряда материалов значение электрического сопротивления при температуре вблизи абсолютного нуля скачкообразно падает до чрезвычайно малого значения. Это явление получило название сверхпроводимости. В настоящее время явление сверхпроводимости не получило еще широкого применения в технике, однако уже с успехом используется при решении некоторых специальных технических задач, как, например, при получении сверхмощных магнитных полей для физических исследований.

    Подробнее об электрическом сопротивлении и законе Ома:

    Что такое электрическое сопротивление и как оно зависит от температуры

    Как рассчитать температуру нити лампы накаливания

    Про закон Ома в популярном изложении

    Способы соединения приемников электрической энергии

    Асинхронный электродвигатель

    5. Энергия и мощность

    В каждой электрической цепи происходит обмен энергией. Следует при этом различать два процесса: получение электрической энергии (в источнике ЭДС) и ее преобразование в другие виды (на участках цепи, где есть падение напряжения).

    Принимая во внимание закон Ома, можно написать выражение для энергии электрического тока, преобразуемой в приемнике с сопротивлением R (закон Джоуля—Ленца): W = I2Rt

    При расчетах электроэнергетических установок чаще в качестве единиц энергии выбирают ватт-час или киловатт-час. Электрическую энергию можно преобразовывать в другие виды энергии.

    Электрический ток нагревает проводники, т. е. электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию (тепловой эффект Джоуля). В электродвигателях электрическая энергия переходит в механическую (смотрите - Виды электродвигателей).

    Щитовой ваттметр

    Мощность можно определить как изменение энергии в единицу времени: P = dW/dt

    Мощность в цепи постоянного тока: P = UI. Единица мощности - Вт.

    Счетчик электрической энергии

    В электроэнергетике широко применяются единицы мощности киловатт (кВт) и мегаватт (МВт), причем 1 кВт = 103 Вт и 1 М Вт = 106 Вт, а в слаботочной и измерительной технике — милливатт (мВт), причем 1 мВт = 10-3 Вт. Мощность является важнейшей характеристикой электрических машин и приборов, так как для практики важна их способность производить работу в единицу времени.

    Подробно про мощность и электроэнергию:

    Приборы для измерения мощности - ваттметры

    Как влияет мощность электроприборов на электропроводку

    Как узнать какую мощность выдерживает кабель

    Приборы учета электроэнергии — виды и типы, основные характеристики

    Как узнать потребляемую мощность домашних электроприборов

    Что такое коэффициент полезного действия (КПД)

    Способы преобразования солнечной энергии и их КПД

    Полезная статья по теме:

    Напряжение, сопротивление, ток и мощность - основные электрические величины





    Поделитесь этой статьей с друзьями:


    Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Напряжение, сопротивление, ток и мощность - основные электрические величины
  • Что такое электрический ток
  • Роль источника ЭДС в электрической цепи
  • Тепловое действие тока, плотность тока и их влияние на нагрев проводников
  • Что такое электрическое сопротивление и как оно зависит от температуры
  • Что такое скин-эффект и где он применяется на практике
  • ЭДС, разность потенциалов и напряжение - что это и в чем разница
  • Куда течет электричество
  • Измерения в электрических цепях
  • Про закон Ома в популярном изложении
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Начинающим электрикам

    Основы электричества, Теория, Электрическая энергия

      Комментарии:

    #1 написал: Паша | [цитировать]

    Добавлю про термин "Электричество". У вас в статье его нет. Электричество - это поток электронов в проводнике. Даже в крошечном кусочке металла есть миллиарды этих электронов. Когда электроны движутся вместе в одном направлении (даже если это происходит в течение короткого периода времени), они образуют электрический ток. Таким образом, электрический поток подразумевает одновременное движение миллиардов электронов. Очевидно, что необходима сила, направляющая все электроны в одном направлении, в противном случае, нет никакой причины, по которой они движутся в определенном направлении, вместо того, чтобы двигаться по своим орбитам, или как в случае свободных электронов (валентных электронов с небольшой силой склеивания, которые могут легко перемещаться с орбиты одного атома на другую), движущихся беспорядочно во всех направлениях. Любой источник электроэнергии (например, аккумулятор или генератор) прилагает усилие, чтобы направить движение электронов в правильном и нужном направлении. Аналогию можно провести между электричеством и подачей воды в трубопроводе. Электричество - это поток электронов. Сила побуждающая их к движению, называется электродвижущей силой.

      Комментарии:

    #2 написал: Вадим | [цитировать]

    Первое научное наблюдение воздействия электричества было сделано в 600 г. до н.э. Фалесом Милетским, когда он подтвердил притяжение предметов при натирании янтаря. Две тысячи лет спустя, в 1660 году, именно английский врач и физик Уильям Гилберт изучил эти явления и для их определения использовал греческое слово «электрон» (янтарь). Отсюда и возникло слово электрон, электричество и все его производные.

    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:

    Популярные статьи:

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Яндекс Дзен

     


    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки

    Copyright © 2009-2021 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.

    Источник иллюстраций: авторские рисунки и фотографии, электрика на стоковых фото