Електрична енергія

 

(2 години)

Основні питання:

• Основні визначення електротехніки.
• Електрична енергія, її носії, переваги перед другими видами енергії.
• Сучасні та перспективні та перспективні джерела електричної енергії.
• Основні напрямки електротехніки.

Електротехніка-наука про застосування електричної енергії на практиці.

Початком практичного застосування вважають відкриття електричної дуги академіком В. В. Петровим в 1802 р, який теоретично обґрунтував можливість її застосування для освітлення, плавки, з’єднання металів (зварюванням). Пізніше практика все це підтвердила. Відкриття явища електромагнітної індукції дозволи-ло одержати надійні та потужні джерела електроенергії та подальше перетворення цієї енергії в інші види (механічну, теплову, світлову, та ін. )

В основі електротехніки передбачається виробництво та застосування елек-тричної енергії.

Електричною енергією володіють електричні заряди елементарних частинок речовин. Електричні заряди нерозривно зв’язані з їх електричним полем, а його присутність визначається здатністю виконувати роботу  при взаємодії з другими електричними зарядами.

Переваги електричної енергії:

• Порівняно просто одержати з інших видів енергії природи;
• легко, з мінімальними втратами передається на відстань та розподіляється між споживачами;
• легко перетворюється в інші види;
• К.К.Д. електрообладнання досягає до90% і вище;
• екологічність;
• електрообладнання має високу надійність та довговічність, легко автоматизу-ється.

Основні та перспективні джерела енергії:

• Хімічні I-го та II-го роду;
• ТЕС, ТЕЦ, ДРЕС;
• АЕС, АТЕС, АДРЕС;
• ГЕС;
• Перспективні:
• Вітрові;
• сонячні;
• геотермальні;
• термогенератори.

Основні напрямки електротехніки:

• Енергетичний ─ вирішує питання виробництва, транспортування та розподілу електроенергії.
• Технологічний ─ вирішує питання застосування електричної енергії на виро-бництві, науці, побуті, медицині, транспорті та ін.
• Інформаційний ─ вирішує питання одержання, передачі, обробки та застосу-вання інформації (ЕОМ, зв'язок, телебачення, технічна кібернетика та ін.) 

 

(4 години)

Основні питання:

• Визначення електричного кола та його складових частин;
• сила струму, густина І, електрорушійна сила, напруга;
• закон Ома; 
• електричний опір та його залежність від температури;
• закон Джоуля Ленца, робота і потужність електричного кола;
• з’єднання резисторів. І, ІІ закони Кірхгофа.

Електричне коло

Пристрій який складається з джерела енергії, споживача і з’єднувальних проводів називається електричне колом.

• Зовнішня дільниця кола;
• внутрішня дільниця кола.

Складні кола можуть складатись з 2, 3 і більше джерел енергії, декількох і більше споживачів. Воно також має розгалуження та вузлові точки.

В замкнутому колі виконується робота по одержанню, передачі та перетво-рення електричної енергії. Інтенсивність роботи кола визначається силою струму (І), який показує величину заряду, який передається через поперечний переріз провідника за 1с.

 

Густина струму показує, якої сили струм проходить через одиницю площі перерізу провідника.

 

Електрорушійна сила ─ величина чисельно рівна енергії одержуваній всере-дині джерела електричним зарядом. 

ЕРС витрачається на подолання опору всього кола. Частина Е, яка витрача-ється на подолання опору дільниці кола називається напругою дільниці. 

 

Для контролю за роботою кола, регулювання, захисту в коло включають вимірювальні прилади, апарати управління, запобіжники та ін.

Закон Ома

Встановлює зв'язок між силою струму кола, його опором та Е джерела.

•  закон Ома для дільниці кола;
•  закон Ома для всього кола.

Електричний опір

В результаті зіткнення електронів провідності з елементами кристальної решітки атомів провідників і виникаючого внутрішнього тертя провідники чинять опір, величину якого можна визначити із з-ну Ома. 

Опір провідника:

де:

ρ ─ питомий опір (Ом*м)

γ ─ питома провідність (Ом/м)

l ─ довжина провідника.

Величина опору провідника залежить від його геометричних розмірів, та матеріалу.

Провідники І-го роду ─ метали, їх сплави, вугілля, ІІ-го роду ─ електроліти.

Вплив температури на опір. (При ─ const ) 

де:

R2 ─ кінцевий опір;

R1─ початковій опір;

αt  ─ температурний коефіцієнт опору;

Q1,Q2 ─ початкова та кінцева температури.

Робота та потужність електричне кола

Робота джерела енергії.

 

Втрати енергії в проводах і в власному опорі джерела.

 

Корисна енергія споживається електричними двигунами, освітлювальними приладами, нагрівальними приладами та ін.

 

Робота яка виконується за 1с називається потужністю (швидкістю перетво-рення енергії)

 

Втрати потужності  

Корисна потужність           

Баланс потужностей   стверджує закон збереження енергії та дозволяє пере-вірити точність розрахунків.

Закон Джоуля Ленца встановлює залежність між кількістю теплової енергії виділеної провідником, силою струму, опором та часом. 

Послідовне з’єднання

Паралельне з’єднання

 

Режими роботи електричних кіл:

• Холостий хід; 
• Робота на зовнішню загрузку  .

Режим короткого замкнення   . Для захисту використовуються плавкі запобіжники та реле максимального струму.

В лініях електропередач використовуються мідні та алюмінієві провідники. В лініях електрозв’язку (телефон) та радіотрансляції застосовується стальні провідники для підвищення міцності (надійності) незалежно від дії зовнішнього середовища. 

Інколи їх покривають шаром міді або цинку для захисту від корозії.

 

(2 години)

Основні питання:

• Магнітне поле струму та його характеристики;
• електромагнітна сила;
• електромагніти;
• електромагнітна індукція;
• самоіндукція;
• взаємоіндукція.

Магнітне поле існує навкруги направлено рухомих електричних зарядів (провідник зі струмом) і визначається по здатності виконувати роботу.

Намагнічуюча сила струму (МРС)

 

Напруженість МП