Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловое действие тока определяется по формуле

Тепловое действие тока определяется по формуле

В основе определения единицы силы тока лежит

1) тепловое действие электрического тока

2) химическое действие электрического тока

3) механическое действие электрического тока

4) магнитное действие электрического тока

Ампер есть сила постоянного тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10 −7 ньютона. Следовательно, в основе определения единицы силы тока лежит магнитное действие электрического тока.

Правильный ответ указан под номером 4.

Установите соответствие между техническими устройствами (приборами) и физическими явлениями, лежащими в основе принципа их действия. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

А) двигатель постоянного тока

1) тепловое действие тока

2) взаимодействие проводника с током и постоянного

3) взаимодействие электрических зарядов

4) химическое действие тока

5) взаимодействие постоянных магнитов

A) В двигателе постоянного тока в магнитном поле находится рамка с током, которая взаимодействует с магнитным полем.

Б) Магнитная стрелка компаса указывает на магнитный полюс Земли, т. е. происходит взаимодействие постоянных магнитов.

B) В основе электрометра лежит взаимодействие электрических зарядов.

Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе принципа их действия. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца.

А) ванна для получения чистых металлов путем электролиза

Б) электрический кипятильник

1) взаимодействие постоянных магнитов

2) действие магнитного поля на проводник с током

3) тепловое действие тока

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

В отличие от металлических проводников, где переносчиками электричества являются электроны, в электролитах ими служат ионы. При прохождении электрического тока через электролит на электродах оседают вещества, которые содержатся в виде химического соединения в электролите. Таким образом, наблюдается химическое действие электрического тока. (А — 4).

В электрическом кипятильнике происходит нагрев рабочей поверхности за счет прохождения по ней электрического тока, что является подтверждением теплового действия тока. (Б — 3).

Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.

Электрическая дуга — это один из видов газового разряда. Получить её можно следующим образом. В штативе закрепляют два угольных стержня заострёнными концами друг к другу и присоединяют к источнику тока. Когда угли приводят в соприкосновение, а затем слегка раздвигают, между концами углей образуется яркое пламя, а сами угли раскаляются добела. Дуга горит устойчиво, если через неё проходит постоянный электрический ток. В этом случае один электрод является всё время положительным (анод), а другой — отрицательным (катод).

Для поддержания дугового разряда нужно небольшое напряжение, дуга горит при напряжении на её электродах 40 В. Сила тока в дуге довольно значительна, а сопротивление невелико; следовательно, светящийся газовый столб ________ (А) проводит электрический ток. Ионизацию в пространстве между электродами вызывают своими ударами о ________ (Б) электроны, испускаемые катодом дуги. Большое количество испускаемых ________ (В) обеспечивается тем, что катод нагрет до очень высокой температуры. Когда для зажигания дуги вначале угли приводят в соприкосновение, то в месте контакта, обладающем очень большим сопротивлением, выделяется огромное количество ________ (Г). Поэтому концы углей сильно разогреваются, и этого достаточно для того, чтобы при их раздвижении между ними вспыхнула дуга. В дальнейшем катод дуги поддерживается в накалённом состоянии самим током, проходящим через дугу.

Список слов и словосочетаний:

3) молекулы газа

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры могут повторяться.

Читайте так же:
Установка теплового реле по току

Тепловое действие тока

При прохождении электрического тока по проводнику в результате столкновений свободных электронов с его атомами и ионами проводник нагревается. Количество тепла, выделяемого в проводнике при прохождении электрического тока, определяется законом Джоуля — Ленца. Количество выделенного тепла Q равно произведению квадрата силы тока I 2 , сопротивления проводника R и времени t прохождения тока через проводник:

Q =I 2 Rt.

Допустимая сила и плотность тока. Превращение электрической энергии в тепловую нашло широкое применение в технике.

Однако в электрических машинах и аппаратах, в проводах превращение электроэнергии в тепло не только бесполезно, но и ухудшает работу их работу, а в некоторых случаях может вызвать повреждения и аварии.

Каждый проводник в зависимости от условий, в которых он находится, может пропускать, не перегреваясь, ток силой, не превышающей некоторое допустимое значение. Для определения токовой нагрузки проводов часто пользуются понятием допустимой плотности токаJ (сила тока I, приходящаяся на 1 мм 2 площади s поперечного сечения проводника):

J=I/s

Допустимая плотность тока зависит от материала провода (медь или алюминий), вида применяемой изоляции, условий охлаждения, площади поперечного сечения и пр.

Превышение допустимого значения силы тока в проводнике может вызвать чрезмерное повышение температуры, в результате этого изоляция проводов электродвигателей, генераторов и электрических сетей перегревается, обугливается и даже горит, что может привести к короткому замыканию и пожару. Для того чтобы предотвратить недопустимое увеличение силы тока, во всех электрических установках должны приниматься меры для автоматического отключения от источников электрической энергии тех приемников или участков цепи, в которых имеет место перегрузка или короткое замыкание. Для этой цели в технике широко используют плавкие предохранители и автоматические выключатели.

Нагрев в переходном сопротивлении. Повышенный нагрев проводника, как следует из закона Джоуля — Ленца, может происходить не только вследствие прохождения по нему тока большой силы, но и вследствие повышения сопротивления проводника. Поэтому для надежной работы электрических установок большое значение имеет значение сопротивления в месте соединения отдельных проводников. При неплотном электрическом контакте и плохом соединении проводников (рис. 22) электрическое сопротивление в этих местах (так называемое переходное сопротивление электрического контакта) сильно возрастает, и здесь происходит усиленное выделение тепла. В результате место неплотного соединения проводников будет представлять собой опасность в пожарном отношении, а значительный нагрев может привести к полному выгоранию плохо соединенных проводников. Во избежание этого при соединении проводов на э. п. с. концы их тщательно зачищают, облуживают и впаивают в кабельные наконечники, которые надежно прикрепляют болтами к зажимам электрических машин и аппаратов. Специальные меры принимают и для уменьшения переходного сопротивления между контктами электрических аппаратов, осуществляющих включение и выключение тока.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

Тепловое действие тока определяется по формуле

Раздел 8 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Если в проводнике создать электрическое поле, то носители зарядов начнут двигаться упорядоченно: носители положительных зарядов в направлении поля, отрицательных — в противоположную сторону. Упорядоченное движение зарядов называют электрическим током. Его характеризуют силой тока — скалярной величиной, численно равна электрическому заряду, который проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени:

где dq — электрический заряд, проходящий через сечение проводника за бесконечно малый промежуток времени dt .

В общем случае электрический ток может вызываться движением как положительных, так и отрицательных зарядов. При этом перенос положительного заряда в одном направлении эквивалентно переносу такого же по значению отрицательного заряда в противоположном направлении. Если за время dt через некоторое сечение проводника положительные носители переносят заряд dq + , а отрицательные в противоположном направлении dq _ , то

За направление тока принимают направление движения положительных зарядов. Электрический ток называют постоянным, если со временем остаются постоянными сила тока и его направление.

Читайте так же:
Тяговые генераторы постоянного тока для тепловозов

Единица силы тока в СИ — ампер (А) — определяется на основе электромагнитного взаимодействия двух параллельных прямолинейных проводников, по которым проходит постоянный ток.

Различают ток проводимости и конвекционный ток. Ток проводимости обусловлено перемещением напрямленим заряженных частиц (электронов, ионов) внутри неподвижного проводника (твердого, жидкого или газообразного) при наличии в нем электрического поля. Однако упорядоченное движение электрических зарядов можно осуществить и другим способом — перемещением в пространстве заряженного макроскопического тела (проводника или диэлектрика). Такой ток называют конвекционным. Примером конвекционного тока может быть орбитальный движение Земли, которая имеет избыток отрицательных зарядов.

Ограничимся изучением тока проводимости, поскольку он самый простой и имеет большое практическое значение. Для появления и существования тока проводимости нужны такие условия:

1) наличие в определенной среде электрических зарядов, которые бы имели возможность в нем двигаться. Такими зарядами в случае металлических проводников являются свободные электроны, в полупроводниках — электроны и «дырки», в электролитах — положительные и отрицательные ионы, в газах — преимущественно положительные ионы и электроны;

2) наличие в определенной среде электрического поля, энергия которого расходуется на перемещение зарядов. Следовательно, имеет быть разность потенциалов между двумя точками проводника. Для того чтобы ток был длительным, энергию электрического поля нужно пополнять, т.е. поддерживать разность потенциалов на концах проводника. Для этого к концам проводника подсоединяют специальное устройство — источник тока. Следовательно, для образования непрерывного электрического тока нужно создать электрическую цепь.

Электрической цепью называют совокупность источников тока, потребителя электрической энергии, измерительных и регулировочных приборов, выключателей и других элементов, соединенных проводниками. Простейшая электрическая цепь состоит из проводника, концы которого подключен к источника тока. В таком электрической цепи ток будет проходить по внешней его части — проводнике и внутренний — источнику тока. Источник тока имеет два полюса: положительный и отрицательный. При розімкненому внешнем круге на отрицательном полюсе источника тока будет избыток электронов, а на положительном их не хватать. Понятно, что такое разделение зарядов в пределах источника тока происходит под действием сил, имеющих некулонівську природу, поскольку под воздействием силы кулоновского разноименные заряды притягиваются. Эти дополнительные силы неэлектрического происхождения, которые действуют в пределах источника тока, называются посторонними. Природа сторонних сил может быть химической (гальванические элементы, аккумуляторы), тепловой (термоэлементы) и т.п.

Разделения и переноса зарядов в внутри источника тока тормозится его внутренним электрическим полем и сопротивлением с стороны среды источника тока. Поэтому в случае замкнутого электрического круга сторонние силы источника тока будут выполнять работу А, которая состоит из работы Ау, что выполняется против сил электрического поля источника тока, и работы А’, которая осуществляется против механических сил сопротивления среды этого источника:

Работу, которую выполняют сторонние силы при перемещении единичного положительного электрического заряда, называют електрорушійною силой (ЭДС) и определяют так:

Электродвижущая сила в единицах СИ выражается в вольтах. Термин «электродвижущая сила» является неудачным, поскольку ЭДС характеризует источник тока с энергетического стороны.

Если полюса источника тока разомкнутые, то А’ = 0, так как при этом сторонняя сила не перемещает зарядов, а только поддерживает распределение их. Тогда

Однако, по определению, работа против сил электрического поля будет

Следовательно, электродвижущая сила равна разности потенциалов на полюсах разомкнутой источника тока.

В случае замкнутого электрического круга на любом участке его внешней части есть некоторая разность потенциалов φ ‘ — φ’ ‘ = U , ее называют напряжением, или спадом напряжения на этом участке цепи.

В 1826 г. немецкий физик Г. Ом опытно установил, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника

Читайте так же:
Тепловая защита трехполюсных автоматических выключателей

Соотношение (8.50) называют законом Ома для участка цепи.

Пользуясь им, можно достать единицу сопротивления. В СИ сопротивление проводника выражается в омах. Ом — сопротивление такого проводника, в котором возникает сила тока в один ампер, когда разность потенциалов на его концах составляет один вольт.

Если замкнутый круг состоит из источника тока с ЭДС и внутренним сопротивлением г и внешней части с сопротивлением R , то силу тока в цепи определяют по соотношению

Соотношение (8.51) называют законом Ома для полной цепи.

Опыт показывает, что сопротивление проводника зависит от его геометрических размеров, материала, внешних условий (особенно температуры). Согласно экспериментальным исследованиям Г. Ома сопротивление однородного проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения:

Коэффициент пропорциональности ρ , характеризующий материал, из которого изготовлен проводник, называют удельным сопротивлением вещества проводника.

Удельное сопротивление, а следовательно, и сопротивление проводника зависят от температуры. В общем случае такая зависимость довольно сложная. Однако для металлических проводников при небольших интервалов температур можно пользоваться приближенными формулами

где ρ и R — соответственно удельное сопротивление при температуре 0 °С; а — температурный коэффициент сопротивления; t — температура, °С. При точных расчетах надо учитывать зависимость а от температуры.

При очень низких температурах, близких до абсолютного нуля (0,5. 8 К), сопротивление некоторых металлов (алюминий, цинк, свинец и др.) скачкообразно уменьшается почти до нуля. Такое явление называют надпровідністю. Его открыл в 1911 г. Г. Камерлинг-Оннес. Природа явления сверхпроводимости раскрывается в квантовой теории.

В 1986 и 1987 гг . были открыты высокотемпературные сверхпроводники — металлооксидные соединения с температурой сверхпроводящего перехода около 100 К, что значительно выше температуры кипения жидкого азота (77 К) — дешевого и доступного холодоагенте, что выпускается промышленностью в больших количествах.

В 1987 г. вышла в свет статья ученых из г. Цюриха И. Беднорца и К. Мюллера под названием «Возможность высокотемпературной сверхпроводимости в системе Ba — La — Cu — О», в которой сообщалось об обнаружении резкого уменьшения сопротивления керамики этого типа при температурах 30. 35 К. Исследована керамика была смесью нескольких фаз. Было установлено, что уменьшение сопротивления сопровождается діамагнітною аномалией и отвечает сверхпроводящем переходе.

В январе 1987 г. были опубликованы сообщение из Хьюстонского университета и лаборатории Белла, в которых уже называлась фаза, ответственное за сверхпроводимость. Эта фаза описывается химическими формулами La 2- x BaxCuO 4 для бариевой керамики и La 2- x SrCuO 4 для стронцієвої. Важно, что для керамики La 2- x Sr 0,2 CuO 4 наблюдается очень узкий сверхпроводящий переход при Тс = 36 К, что на 13 градусов выше предыдущего рекорда за Тс (23,2 K для Nb 3 G ).

После этого успеха все ведущие лаборатории мира, которые изучали сверхпроводимость, начали поиск и исследования новых металооксидних сверхпроводников. В марте 1987 г. сделано новое открытие в Алабамському и Хьюстонському университетах на керамике Y — Ва — Cu — О, где была достигнута температура сверхпроводящего перехода Тс = 92 К. Так было преодолено азотный барьер за Тс на пути широкого практического использования сверхпроводников, и это еще больше привлекло внимание исследователей к новым высокотемпературных сверхпроводников.

Итак, физика высокотемпературной сверхпроводимости находится на начальной стадии. Сейчас в ней интенсивно накапливаются экспериментальные данные, характеризующие свойства металооксидних соединений в нормальной и надпровідній фазах.

Прохождение тока через проводник, если он не находится в состоянии сверхпроводимости, сопровождается его нагревом. Это объясняется тем, что электрические заряды, двигаясь направленно, испытывают сопротивления в среде проводника. Изучая тепловое действие тока, английский физик Дж. Джоуль (1818-1889) и российский физик Э. X. Ленц (1804-1865) независимо друг от друга пришли к такому выводу: количество теплоты Q , выделяемое на определенном участке проводника, прямо пропорциональна силе тока, проходящего через проводник, напряжении на его концах U и времени t прохождения тока:

Читайте так же:
Автоматические выключатели с тепловым расцепителем 10а 1ф авв s201

Этот вывод называется законом Джоуля — Ленца. Если силу тока взято в амперах, напряжение в вольтах, а время в секундах, то количество теплоты, которое выделяется, выражается в джоулях.

Кроме нагрев проводников энергия электрического тока может подвергаться самых разнообразных преобразований. Так, за наличии во внешнем круге электродвигателя часть электрической энергии источника тока превращается в механическую энергию. Прохождение электрического тока через проводник второго рода — электролит — сопровождается преобразованием части источники энергии в химическую. Если внешняя часть электрической цепи состоит только из металлических проводников, то при больших температур энергия электрического тока частично тратиться на излучение.

Тепловое действие тока определяется по формуле

Основные характеристики синусоидальных электрических величин. Мощность в цепи синусоидального тока.

Из всех возможных форм периодических токов и напряжений наибольшее распространение получили синусоидальные. По сравнению с другими синусоидальные токи и напряжения имеют то преимущество, что позволяют наиболее экономично осуществлять производство, передачу на расстояние и использование электрической энергии. Только при помощи синусоидальных токов удается сохранить неизменными формы кривых токов и напряжений на всех участках линейной ЭЦ.

В настоящее время производство и передача электрической энергии в во всех европейских странах (включая Россию) осуществляется при помощи трехфазного синусоидального тока с частотой 50 Герц, В СЩА и Японии- с частотой 60 Гц.

Различные области техники используют весьма широкий диапазон частот в зависимости от технических потребностей. В авиации, например, успешно применяется синусоидальный ток с частотой 400 Гц, т.к. при такой частоте снижаются габаритные размеры и вес авиационного оборудования. В электротехнологических установках используют диапазон от 500 Гц до 50 мГц. Частоты от нескольких сотен мегагерц до миллиарда Гц применяют в радиотехнике.

Мгновенные, средние и действующие значения синусоидальных напряжений и токов.

Синусоидальные напряжения и токи представляют собой величины, изменяющиеся во времени по синусоидальному закону (см. рис.2.1), т.е.

i (t)= I m Sin ( w t+ y i ), А,

u(t)= U m Sin ( w t+ y u ) ,В.

Максимальные из мгновенных значений синусоидальных велични называются их амплитудами (I m , U m ).

Время, за которое совершается одно полное коленбание, называется периодом Т.

Число периодов в секуду называется частотой (f) и измеряется в Герцах, т.е.

Аргумент синусоидальной функции

измеряемый в угловых единицах (радианах или градусах) называется фазой синусоиды. Фаза линейно растет во времени со скоростью

w =d a /dt=2 p /T, c -1 ,

которая называется угловой частотой.

Значение аргумента синусоидального тока или напряжения в начальный момент времени (t=0) называется начальной фазой ( y i , y u ). Начальная фаза определяется абсциссой ближайшей к началу отсчета точки перехода отрицательной полуволны тока или напряжения в положительную. Если эта точка находится слева от оси ординат, то начальная фаза считается положительной ( y >0), если справа, то начальная фаза –отрицательна ( y

При совместном рассмотрении двух синусоидально изменяющихся величин одинаковой частоты вводится понятие фазового сдвига между ними.

Так фазовый сдвиг j между напряжением и током равен разности начальных фаз напряжения и тока, т.е.

Если j >0, то напряжение опережает по фазе ток; если j j =0, то напряжение совпадает по фазе с током.

Для оценки эффективности действия периодического тока используют его тепловое или электродинамическое действие и сравнивают с анало-гичным действием постоянного тока за один и тот же интервал времени, равный периоду тока Т.

Значение периодического тока, равное такому значению постоянного тока, который за время периода “Т” производит тот же самый тепловой или электродинамический эффект, что и периодический ток, называется действующим значением периодического тока. Действующие значения периодического тока , напряжения , ЭДС далее будем обозначать прописными буквами без индексов (I, U, E и т.п.).

Читайте так же:
Удельная тепловая мощность тока через удельное сопротивление

Энергия, преобразуемая в тепло в резистивном элементе с сопротивлением R за время “Т” при протекании через него постоянного тока I определяется выражением

За то же время в том же элементе при протекании периодического тока i (t) в виде тепла выделится энергия

Из равенства энергий найдем действующее значение периодического тока как

Если ток меняется по синусоидальному закону и имеет амплитуду I m , то его действующее значение в соответствии с последней формулой равно

I=Im/=0.707 Im,

Аналогично находится действующее значение синусодального напряжения.

U=Um/=0.707 Um.

Для измерения действующих значений напряжений и токов применяется тепловая, электромагнитная, электродинамическая и другие системы приборов. Шкалы этих приборов проградуированы в в действующих значениях и для определения амплитуды синусоидального напряжения или токм надо показания прибора умножить на .

Под средним значением периодической функции f(t) понимают ее среднее значение за период “Т” , определяемое интегралом

Для синусоидальной функции времени среднее за период значение равно 0, т.к. площадь отрицательной полуволные компенсируется площадью положительной полуволны. Поэтому для характеристики синусоидальной во времени величины используется понятие среднего полупериодного значения, соответствующего положительной полуволне синусоиды. Таким образом среднее значение синусоидального тока равно

Аналогично, среднее значение синусоидального напряжения определяется как

Мощность в цепях синусоидального тока.

Для характеристики мощности в цепи синусоидального тока используются понятия мгновенной, активной, реактивной и полной мощности.

Мгновенная мощность, характеризующая скорость изменения энергии в цепи в любой момент времени определяется выражением

p(t)=u(t) i (t)= U m Sin ( w t+ y u ) I m Sin ( w t+ y i )=UICos j — UICos(2 w t+ y u + y i )=

В частном случае, когда y u =0, мгновенное значение мощности определяется выражением
p(t) = UICos j — UICos(2 w t — j ).

Как видно, выражение для мгновенной мощности содержит постоянную составляющую p = и переменную составляющую p

, меняющуюся с удвоенной частотой относительно частоты изменения напряжения и тока.

Среднее за период “Т” значение мощности, определяемое интегралом

= UICos j , Вт

называется активной мощностью. Эта мощность, характеризует энергию, рассеиваемую за период питающего напряжения в виде тепла в резистивных элементах цепи и измеряется в ваттах. Видно, что средняя или активная мощность всегда положительна и равна постоянной составляющей мгновенной мощности.

При расчетах электрических цепей и на практике используется понятие реактивной мощности Q, которая вычисляется по формуле

Q = UISin j , ВАР

и измеряется в вольт-амперах реактивных (ВАР). Эта мощность не связана с выделением энергии в элементах и характеризует максимальную скорость обмена энергии между источником и элементами, способными запасать энергию электрического или магнитного поля ( индуктивные и емкостные элементы ЭЦ). Эта мощность определяет ток , связанный с обменом энергии. Протекание тока приводит к дополнительным потерям энергии в проводах линий передач. Поэтому реактивная мощность должна быть по возможности минимальной. Реактивная мощность может быть положительной, если j >0 и отрицательной, если j

Величина S, равная произведению действующих значений тока и напряжения на зажимах ЭЦ, называется полной или кажущейся мощностью и измеряется в вольт-амперах (ВА).

Полная мощность равна амплитуде переменной составляющей мгновенной мощности (см.рис.2.1).

При расчетах мощностей в цепях переменного тока пользуются понятием коэффициента мощности

который характеризует долю средней или активной мощности P в полной мощности S. Чем меньше Cos j при одинаковой активной мощности Р, тем больше ток и потери в устройствах передачи энергии. Повышение коэффициента мощности промышленных установок представляет собой важную народно-хозяйственную задачу.

На щитке любого источника переменного тока (генератора или трансформатора) указывается значение полной мощности S, представляющей предельную мощность установки. Только при Cos j =1, т.е. при совпадении начальных фаз тока и напряжения, активная мощность становится равной полной мощности и, следовательно, мощность источника используется полностью.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector