Acasă | Despre noi | feedback-ul
CABLURI ELECTRICE ȘI MAGNETICE
Informații generale despre circuitele electrice
Sarcina principală a ingineriei electrice este transmiterea și utilizarea câmpului electromagnetic pentru activarea mașinilor, mecanismelor, surselor de lumină, căldurii și altor transformări de energie. În câmpul electromagnetic electric transmis dintr-un punct în spațiu la altul de-a lungul firelor, astfel reușește să implementeze un grad ridicat de concentrare a unui câmp electromagnetic și transportate de energia pe care dielectric în spațiul din jurul firului [1]. Utilizate pe scară largă sunt procese în care tensiunea și curentul variază în timp, în conformitate cu legea armonică. Intervalul de timp după care aceste valori se repetă, se numește perioadă T. Reciproca perioadei se numește frecvența și se măsoară în uertsah (Hz) (cicluri pe secundă - frecvență ciclică). Sunt utilizate de asemenea unități: 1 kHz = 10 3 Hz; 1 MHz = 106 Hz; 1 GHz = 10 9 Hz; 1 THz = 10 12 Hz.
Un câmp electromagnetic propagat în spațiu cu o anumită viteză n este numit un val electromagnetic. În timpul perioadei T, undele electromagnetice se propagă pe o distanță de lungime de undă: l = nT = n / f. Pentru vid și aer, viteza n = c = 3 × 10 8 m / s și lungimea de undă l [m] = c / f = 300 / (f [MHz]).
Dacă încărcăturile sunt în mișcare, atunci este asociat un câmp magnetic, adică componenta magnetică a câmpului electromagnetic H.Măsurat H în amperi pe metru [A / m]. Orice mișcare a particulelor încărcate (abreviate - sarcini) se numește curent electric. În cazul în care cantitatea de energie electrică Dq este transferată pe suprafața mediei avute în vedere în intervalul de timp Dt, atunci valoarea instantanee a curentului (valoarea sa la o anumită clipă de timp) este determinată de expresia:
Astfel, curentul este definit ca o cantitate scalară egală cu limita raportului dintre cantitatea de energie electrică transportată de particulele încărcate prin suprafața luată în considerație pentru o anumită perioadă de timp și valoarea acestui interval de timp când aceasta din urmă tinde la zero. Măsurat în amperi (A).
Curentul poate fi neschimbat în timp. Apoi este numit un curent și în general desemnat prin litera I. I Curent directă este egală cu cantitatea de energie electrică transportată prin suprafața considerată per unitate de timp (sec): I = q / t, unde q - cantitatea de energie electrică transferată în cursul timpului t. În general, eu sunt o funcție a timpului și pot avea magnitudine și semne diferite la diferite momente.
Un set de dispozitive destinate trecerii curenților electrici în ele se numește un circuit electric. Fiecare circuit conține una sau mai multe surse (generatoare) de energie electromagnetică, numite elemente active ale circuitului. Toate celelalte părți ale acestuia sunt numite elemente pasive. Pentru a transfera încărcarea elementară dq prin intermediul unei părți pasive a circuitului, este necesar să consumăm energia dw = udq. Aici u este valoarea instantanee a tensiunii (diferența de potențial) la bornele părții pasive a circuitului. Tensiunea este definită ca limita raportului dintre efortul forțelor câmpului electric atunci când sarcina este transferată printr-o regiune pasivă dată la valoarea acestei încărcări atunci când aceasta din urmă tinde la zero: u = dw / dq. Se măsoară în volți (V). Tensiunea este o cantitate scalară. În cazul general, este o funcție a timpului u = u (t).
Dacă tensiunea este dependentă de timp, aceasta se numește o tensiune constantă și este în general U. Tensiunea DC U este egală cu intensitatea câmpului electromagnetic în unitatea de transfer de-a lungul unui subcircuit predeterminat de încărcare: U = W / q, unde W - câmp de forță de muncă în transferul de încărcare q.
Valoarea instantanee a ratei de schimbare a energiei care intră în circuit este numită puterea instantanee și este determinată de formula: p = ui. Puterea instantanee este măsurată în jouli pe secundă (J / s) sau în wați (W).
Parametrii lanțului. Elemente pasive idealizate
Pentru descrierea cantitativă a proceselor care apar în lanțuri, sunt luate în considerare cantitățile numite parametrii lanțului. Primul dintre ele este rezistența. Este un element pasiv al unui lanț în care energia electromagnetică nu este stocată, ci doar convertită ireversibil în alt fel de energie.
Un astfel de element este practic imposibil de realizat și poate fi considerat doar ca un model abstract al unui obiect real. Secțiunea idealizată considerată a lanțului este denumită rezistență și este condiționată condiționat de un simbol grafic special și de simbolul R. În ciuda faptului că I- curent este o cantitate scalară, teoretic circuitul ea atribuită în mod convențional în direcția care este aleasă în mod arbitrar, este considerată pozitivă și indicată de o săgeată în conductorul de imagine. Pe direcția actuală, este luată în considerare direcția de mișcare a fiecărei încărcări pozitive sau negative (electroni).
Deși stresul u este o cantitate scalară, el este, de asemenea, alocat arbitrar unei direcții pozitive condiționate și o marchează cu o săgeată. De regulă, direcțiile de tensiune și curent sunt considerate a coincide. În această condiție (dacă direcția de mișcare a încărcărilor pozitive este luată ca direcția curentului), tensiunea direcționată de la potențialul mai mare (+) la potențialul inferior (-) va fi pozitivă. Din cele de mai sus rezultă că, în locul săgeții, este posibil să se indice în figură polaritatea (+, -). Dacă direcțiile alese de curent și de tensiune coincid, atunci conform legii lui Ohm. stabilite experimental:
Aici R este parametrul secțiunii lanțului, numit, la fel ca elementul în sine, rezistența și măsurată în ohmi; g = 1 / R este conductivitatea măsurată în simens (sim). Rezistența unui conductor cu lungimea de 1 metru și suprafața secțiunii transversale S (m 2) se determină după cum urmează:
Puterea instantanee eliberată la rezistență corespunde expresiei:
Puterea este egală cu rata de schimbare a energiei. În acest caz, p exprimă rata instantanee a consumului de energie în rezistență; este pozitiv oricând. Aceasta înseamnă că, în orice moment, energia provine de la sursă la rezistență și aici este transformată într-un alt fel de energie. Elementul real, apropiindu-se în proprietățile sale de rezistență, se numește rezistor.
Parametrul care caracterizează cantitativ energia magnetică stocată în circuit este inductanța. Secțiunea circuitului, care este o revoluție, care acoperă zona S. prin care trec curentul. pătrunde fluxul magnetic:
egală cu fluxul vectorului de inducție magnetică B = mH prin zona S. Fluxul magnetic este măsurat în țesături, iar inducția magnetică este măsurată în adezivi. Permeabilitatea magnetică absolută a mediului este m = m0 mr. [HH / m], unde m0 = 4p × 10 -7 HN / m este constanta magnetica; mr este permeabilitatea magnetică relativă. Inductanța bobinei este raportul dintre fluxul magnetic și curent: L = Φ / i. Dacă fluxul magnetic este măsurat în Weber și curentul în amperi, inductanța este exprimată în Henry (HH).
În acele cazuri în care încearcă să obțină cât mai multă inductanță, conductorul este pliat într-o bobină. Dacă bobina conține valori identice, atunci fluxul magnetic total și inductanța cresc cu un factor de w: L = wmSH / i.
Elementul de circuit idealizată nu are o rezistență (m. E. Eliberat de consumul de energie), care poate stoca energia câmpului magnetic, dar care nu este specific pentru a stoca energia electrică, denumit (precum parametrul care definește relația dintre i curent și câmpul magnetic F ) inductanță.
Atunci când curentul care trece prin inductanță se schimbă în timp (di / dt ¹ 0), el induce autoinducția eL a EM. Dacă pentru i și eL sunt alese aceleași direcții pozitive și dacă L nu depinde de timpul t sau de curentul i, atunci, conform legii inducției electromagnetice:
O creștere a curentului corespunde unui EMF indus negativ (dirijat către acesta). Tensiunea (cădere de tensiune) pe inductanță este cantitatea uL = -eL = L (di / dt). Direcțiile pozitive i și uL coincid.
Energia stocată în câmpul magnetic al inductanței se determină după cum urmează:
Puterea instantanee are semnificația ratei de schimbare a energiei stocate în câmpul magnetic: pL = dWL / dt = uL i = Li (di / dt).
Elementul fizic, ale cărui proprietăți sunt aproape de inductanță, este inductorul. care în cel mai simplu caz este o spiră realizată dintr-un conductor înfășurat în jurul unui cadru dielectric.
Parametrul circuitului, care determină energia stocată în câmpul electric, este capacitatea. Dacă tensiunea este aplicată celor doi electrozi și se acumulează încărcări opuse de dimensiuni egale ± q și se creează un câmp electric în spațiul din jur. Capacitatea este de obicei definită ca C = q / u. Dacă sarcina este măsurată în cantoane și tensiunea în volți, capacitatea este exprimată în farads.
porțiunea de circuit idealizată nu are rezistența (consumul liber de energie), care poate stoca energia câmpului electric, dar care nu tinde să se acumuleze energia magnetică este numită capacitate (precum parametrul determinarea relației dintre tensiune și și un FE flux electric).
Presupunând aceleași direcții pentru curent și tensiune pe condensator și având în vedere că q = Cu și presupunând că capacitatea nu depinde nici de timp, nici de tensiune, avem:
Să determinăm energia Wc stocată în câmpul electric al capacității. Presupunând că C nu depinde de tensiune, obținem:
Calculatorul instantaneu de putere are în acest caz semnificația ratei de schimbare a energiei stocate în câmpul electric:
În funcție de semnul ratei de schimbare a tensiunii, calculatorul de putere poate fi pozitiv sau negativ. Cantitatea pc> 0 în acele momente în care energia provine de la sursă în câmpul electric și capacitatea este încărcată. Dimpotrivă, pc <0. когда энергия возвращается из электрического поля в источник и происходит разряд емкости.
Condensatorul este o parte a circuitului, un model aproximativ, care poate servi ca o capacitate.