Предмет электротехники обхватывает ветвь прикладных познаний, имеющую целью исследование методов использования электроэнергии в технике и индустрии. Электротехника, благодаря напористому труду ученых и инженеров, развивалась циклопическими шагами и стремительно захватила для себя одно из самых знатных мест посреди прикладных наук.
Главные законы электротехники
ЗАКОН ОМА (по имени германского физика Г. Ома (1787-1854)) – единица электрического сопротивления. Обозначение Ом. Ом – сопротивление проводника, между концами которого при силе тока 1 А появляется напряжение 1 В. Определяющее уравнение для электрического сопротивления R = U / I.
Закон Ома является главным законом электротехники, без которого нельзя обойтись при расчете электрических цепей. Связь между падением напряжения на проводнике, его сопротивлением и силой тока просто запоминается в виде треугольника, в верхушках которого размещены знаки U, I, R.
ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА (по имени британского физика Дж.П.Джоуля и российского физика Э.Х.Ленца) – закон, характеризующий термическое действие электрического тока.
Согласно закону, количество теплоты Q (в джоулях), выделяющейся в проводнике при прохождении по нему неизменного электрического тока, находится в зависимости от силы тока I (в амперах), сопротивления проводника R (в омах) и времени его прохождения t (в секундах): Q = I 2 Rt.
Преобразование электроэнергии в термическую обширно применяется в электрических печах и разных электронагревательных устройствах. Тот же эффект в электрических машинах и аппаратах приводит к непроизвольным энергозатратам (энергопотере и понижении КПД). Тепло, вызывая нагрев этих устройств, ограничивает их нагрузку. При перегрузке увеличение температуры может вызвать повреждение изоляции либо сокращение срока службы установки.
ЗАКОН КИРХГОФА (по имени германского физика Г.Р.Кирхгофа (1824-1887)) – два главных закона электрических цепей. 1-ый закон устанавливает связь между суммой токов, направленных к узлу соединения (положительные), и суммой токов, направленных от узла (отрицательные).
Алгебраическая сумма сил токов In, сходящихся в хоть какой точке разветвления проводников (узле), равна нулю, т.е. SUMM(In)= 0. К примеру, для узла A можно записать: I1 + I2 = I3 + I4 либо I1 + I2 – I3 – I4 = 0.
2-ой закон устанавливает связь между суммой электродвижущих сил и суммой падений напряжений на сопротивлениях замкнутого контура электрической цепи. Токи, совпадающие с произвольно избранным направлением обхода контура, числятся положительными, а не совпадающие – отрицательными.
Алгебраическая сумма моментальных значений ЭДС всех источников напряжения в любом контуре электрической цепи равна алгебраической сумме моментальных значений падений напряжений на всех сопротивлениях такого же контура SUMM(En)=SUMM(InRn). Переставив SUMM(InRn) в левую часть уравнения, получим SUMM(En) – SUMM(InRn) = 0. Алгебраическая сумма моментальных значений напряжений на всех элементах замкнутого контура электрической цепи равна нулю.
ЗАКОН ПОЛНОГО ТОКА один из главных законов электромагнитного поля. Устанавливает связь между магнитной силой и величиной тока, проходящего через поверхность. Под полным током понимается алгебраическая сумма токов, пронизывающих поверхность, ограниченную замкнутым контуром.
Намагничивающая сила вдоль контура равна полному току, проходящему через поверхность, ограниченную этим контуром. В общем случае напряженность поля на разных участках магнитной полосы может иметь различные значения, тогда и намагничивающая сила будет равна сумме намагничивающих сил каждой полосы.
ЗАКОН ЛЕНЦА — основное правило, обхватывающее все случаи электромагнитной индукции и позволяющее установить направление возникающей э.д.с. индукции.
Согласно закону Ленца это направление во всех случаях таково, что ток, сделанный появившейся э.д.с., препятствует тем изменениям, которые вызвали возникновение э.д.с. индукции. Этот закон является высококачественной формулировкой закона сохранения энергии в применении к электромагнитной индукции.
ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ , закон Фарадея – закон, устанавливающий связь между магнитными и электрическими явлениями. ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и обратна по знаку скорости конфигурации магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина ЭДС поля находится в зависимости от скорости конфигурации магнитного потока.
ЗАКОНЫ ФАРАДЕЯ (по имени британского физика М.Фарадея (1791-1867)) – главные законы электролиза.
Устанавливают связь между количеством электричества, проходящего через электропроводящий раствор (электролит), и количеством вещества, выделяющегося на электродах.
При пропускании через электролит неизменного тока I в течение секунды q = It, m = kIt.
2-ой закон ФАРАДЕЯ: химические эквиваленты частей прямо пропорциональны их хим эквивалентам.
ПРАВИЛО БУРАВЧИКА — правило, позволяющее найти направление магнитного поля, зависящее от направления электрического тока. При совпадении поступательного движения буравчика с протекающим током направление вращения его ручки показывает направление магнитных линий. Либо при совпадении направления вращения ручки буравчика с направлением тока в контуре поступательное движение буравчика показывает направление магнитных линий, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром.
ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ — правило, позволяющее найти направление электромагнитной силы. Если ладонь левой руки размещена так, что вектор магнитной индукции заходит в нее (вытянутые четыре пальца совпадают с направлением тока), то отогнутый под прямым углом большой палец левой руки указывает направление электромагнитной силы.
Правило левой руки
ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ — правило, позволяющее найти направление наведенной эдс электромагнитной индукции. Ладонь правой руки располагают так, дабы магнитные полосы входили в нее. Отогнутый под прямым углом большой палец совмещают с направлением движения проводника. Вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной эдс.
В чем измеряется сила тока: правило буравчика и правой руки
Для того, дабы выяснить линию движения вращения магнитного поля, находящегося у прямого проводника с током, применяется правило буравчика (штопора). В литературе также оно понятно, обычно правой руки. В научной среде выделяют и правило левой руки.
Использование правила буравчика
Данное правило говорит: если при движении вперед этого устройства траектория перемещения тока в проводнике совпадает с ним, то линия движения вращения основания устройства комплементарна траектории перемещения магнитного контура.
Дабы найти линию движения вращения магнитного контура на представленном графическом изображении необходимо знать несколько особенностей.
Нередко в задачках по физике необходимо, напротив, найти траекторию перемещения тока. Дабы это выполнить, дается направление вращения кругов магнитного поля. Ручка буравчика начинается крутиться в сторону, обозначенную в критериях. Если буравчик движется в поступательном направлении, означает, ток ориентирован в сторону движения, если же он ориентирован в оборотную, то и ток движется соответственно.
Для определения траектории перемещения тока в случае, представленном на втором рисунке, тоже можно пользоваться правилом штопора. Для этого нужно крутить ручку буравчика в сторону, обозначенную на изображении контура магнитного поля. Если он будет двигаться поступательно, то ток будет двигаться в сторону от наблюдающего, если же, напротив, только к наблюдающему.
[stop]Принципиально! Если указана траектория перемещения потока, то найти линию движения вращения полосы магнитного контура можно по вращению ручки буравчика.[/stop]
Оно обозначается с помощью точки либо крестика. Точка значит движение в сторону наблюдающего, крестик значит оборотное. Просто уяснить этот случай, используя так называемое правило «стрелы», если острие «смотрит», а в лицо, то траектория перемещения тока в сторону наблюдающего, если же в лицо «смотрит хвост стрелы», то она двигается от наблюдающего.
Обычно буравчика, так и правило правой руки, довольно просто применить на практике. Для этого необходимо расположить кисть соответственной руки таким макаром, дабы в лицевую сторону направлялся силовой контур магнитного поля, после этого большой палец, отведенный перпендикулярно, нужно навести сторону движения тока, соответственно, другие выпрямленные пальцы укажут на линию движения магнитного контура.
Различают исключительные случаи применения правила правой руки для вычисления:
- уравнения Максвелла;
- момента силы;
- угловой скорости;
- момента импульса;
- магнитной индукции;
- тока в проводе, перемещающегося через магнитное поле.
Правило левой руки
Правилом этой руки может быть вычислить направленность силы воздействия магнитного контура на заряженные простые составляющие атома плюсовой и минусовой полярности.
Может быть найти и направление тока, если доступна информация о траекториях вращения магнитного контура и действующей на проводник энергии. Определяется и направление магнитного контура в случае известности траектории перемещения силы и тока. Ну и можно узнать символ заряда нестатичной частички.
Это правило звучит следующим образом: расположив лицевую часть кисти соответственной руки, дабы воображаемый контур магнитного поля направлялись в нее под прямым углом, а пальцы, кроме огромного, направив в сторону движения тока, можно найти линию движения силы, воздействующая на этот провод с помощью перпендикулярно отодвинутого огромного пальца. Сила, оказывающая воздействие на проводник, носит имя Мари Ампера, обнаружившего ее в 1820 году.
Сила Ампера: варианты расчета
До того как сконструировать эту величину, нужно разобраться, что такое понятие «сила» в физике. Ей именуется величина в физике, которая является мерой воздействия всех окружающих тел на рассматриваемый объект. Обычно всякую силу обозначают британской буковкой F, от латинского fortis, что значит сильный.
Рассчитывается простая сила Ампера по формуле:
где, dl – часть длины проводника, B –индукция магнитного контура, I – сила тока.
Рассчитывается также сила Ампера по формуле:
где, J – направление плотности тока, dv– элемент объема проводника.
Формулировка расчета модуля силы Ампера, согласно литературе, звучит так: данный показатель впрямую находится в зависимости от силы тока, протяженности проводника, синуса, образуемого между этим вектором и самим проводником угла, и величины значения вектора магнитного контура в модуле. Она и носит название модуля силы Ампера. Формула данного закона математически строится так:
где, B – модуль индукции магнитного контура, I – сила тока, l – длина проводника, α – образуемый угол. Наибольшее значение будет при перпендикулярном их скрещении.
Показатель измеряется в ньютонах (условное обозначение – Н) либо
. Он является векторной величиной и находится в зависимости от вектора индукции и тока.
Есть и другие формулы для расчета силы Ампера. Но на практике они довольно изредка нужны и тяжелы для осознания.
Сила тока
Время от времени дабы высчитать закон Ампера, для начала необходимо вычислить силу тока. Есть несколько формул расчета данной величины. Для расчета ее величины применяют:
- закон Ома для полного участка цепи и ее части;
- отношение напряжения и суммы сопротивлений;
- отношение мощности и напряжения.
Самым пользующимся популярностью является отношение количество заряда прошедшего за единицу времени через определенную поверхность к размеру этого интервала. Графически формула смотрится следующим образом:
Дабы отыскать этот показатель можно воспользоваться законом Ома для участка цепи. Он говорит следующее: величина этого показателя равна отношению приложенного напряжения к сопротивлению на измеряемым участке цепи. Записывается формула этого закона следующим образом:
Найти ее также можно, применив формулу закон Ома для полной цепи. Звучит он так: данная величина является отношением приложенного напряжения в цепи и суммы внутреннего сопротивления источника питания и всего сопротивления в цепи. Формула смотрится так:
Высчитать эту величину можно, в случае если известны мощность и напряжение.
[stop]Принципиально! Использование каждой определенной формулы находится в зависимости от имеющихся в распоряжении данных.[/stop]
Согласно утвержденной МСЕ, измеряется сила тока в амперах, и обозначается А (в честь ученого, открывшего ее). Но это не единственный метод обозначения данной величины. Дополнительно измеряется сила тока в Кл/с.
Изучая в общеобразовательных учреждениях данный материал, ученики стремительно запамятывают, как использовать правила левой и правой руки, и зачем они вообщем необходимы. Также нередко они не помнят в чём определяют обозначенные величины. Ознакомившись с рассмотренным выше материалом, не должно появиться проблем с применением рассмотренных правил и законов на практике.
Откуда появилось правило «пропусти помеху справа»?
Автомобилисты часто замечают алогичность правила «правой руки». Например, почему при повороте влево необходимо пропускать авто, двигающиеся справа, а не напротив. Таковой разъезд мешает тем, кто движется слева, и выезд на Т-образный нерегулируемый перекресток для них становится опаснее. Ну и на высокоскоростной трассе при перестроениях из 1-го ряда в другой логичнее пропускать тех, кто едет по левым полосам движения, поэтому как у них больше скорость. В целом эти тонкости уже не замечаются, и на них обращаешь внимание только, когда оказываешься в неудобной ситуации. Почему же такое правило «правой руки» введено в обиход?
Англия — родина машин
Дело в том, что правила дорожного движения рождались там, где начали выполняться 1-ые авто, и там, где был наибольший рынок сбыта. Это была Английская империя с ее колониями и левосторонним движением. Многие страны сначала века ездили по левой стороне дороги, включая Норвегию, Швецию, Австралию и африканские колонии Англии.
1-ые авто изготавливались с зеркальным расположением руля даже для рынков с обычно правым движением. Во Франции продавались праворульные Рено, дабы водителю было легче выходить на тротуар при парковке машины и успеть открыть дверь для господ, путешествующих в задней кабине автомобиля.
Некоторые машины имели руль в центре фронтальной панели для облегчения обзора перекрестков, а место впереди было только одно — для водителя, как у кучера в карете. Логично, что мировые правила стали закрепляться для тех тс, что изготавливались на тот момент.
Международные конвенции
Сначала ХХ века количество автомобилей так возросло, что потребовалась более кропотливая классификация движения. В 1909 году в Париже была принята 1-ая Интернациональная конвенция, устанавливающая единую систему правил и дорожной сигнализации для европейских государств. Конвенция содержала 15 статей по разным вопросам. Она вносила единые технические требования к автомобилям, закрепляла унифицированный номер, звуковой сигнал, фары, задний габарит, также классифицировала правила обгона, проезда перекрестков и разъезда встречных автомобилей. Тогде же было введено четыре предупреждающих знака, которые обозначали приближение к небезопасным местам дороги, таким как перекресток, крутой извив на дороге, жд переезд и неровный участок дороги, где было нужно скинуть скорость.
Для других случаев вводилось правило «правой руки». Если кто-то едет по левой стороне дороги, то дабы выкрутить на свой ряд, требовалось «пропустить помеху справа». Это правило для левостороннего движения было так логичным, что не вызывало вопросов. А вот для государств с рулем, размещенным зеркально, поменять его не стали и приняли, как в Великобритании.
По такому пути пошла Наша родина. Сначала 20 века автомобилизация страны была очень низкой и не было никакой различия, какую помеху пропускать прежде всего, правую либо левую. Наша родина взяла на вооружение международные правила и закрепила для собственного применения.
Позже, в 1926 г., эти правила были доработаны и дополнены на парижской конференции по безопасности дорожного движения, также в 1931 году в Женеве, где европейские страны подписали Конвенцию, которая закрепляла единообразие правил и символов дорожного движения. На тот момент их было уже 26, и делились они на три огромные группы — предупреждающие, предписывающие и указательные. Правило «правой руки» оставалось постоянным, как и на данный момент.
Правило «пропусти помеху справа» действует и для государств с левосторонним движением, таких как Великобритания, Кипр, Мальта, Индия, Индонезия, ЮАР, Пакистан, Бангладеш, Австралия, Япония, и в других государствах. Есть оно и в США, которые не подписали международную Конвенцию 1968 года по безопасности дорожного движения. В мире приблизительно 28% дорог левосторонние и 34% населения ездит на автомобилях с правым рулем.
