Основные законы электротехники для начинающих

Сегодня сложно представить мир без электричества, а также приборов, машин и устройств, работающих на нем. Электротехника окружает нас в быту и на улицах. Без нее до сих пор бы на производствах преобладал ручной труд. Чтобы развивать эту отрасль, следует знать основные законы электротехники.

Классическое колесо взаимосвязи составляющих электроцепи

Великий Ом

Его закон признан самым главным в физике электроцепей, ведь без него невозможно рассчитать в них ни силу тока, ни степень падения напряжения, ни уровень сопротивления. Открытый немецким ученым Омом закон определяет соотношение в электрической цепи ее составляющих. Формулировка представлена ниже на картинке.

Формулировка закона Ома

То есть, в электроцепи при высоком показателе напряжения показатели тока будут также высокие. С другой стороны, при высоком показателе сопротивления в ней меньше сила тока. Если сравнивать с потоком жидкости в трубе, то закон будет выглядеть так: при высоком давлении (в случае с током — напряжении) и малом сопротивлении стенок напор будет сильным, и наоборот.

Основной смысл закона Ома

Математически закон выглядит так: сопротивление (R) в цепи или на ее участке = 1 Ом, если по ней проходит ток с силой 1 Ампер при напряжении равном 1 Вольту. Величина тока (в А) определится, если напряжение (В) поделить на сопротивление (Ом).

Формула также может быть представлена в виде треугольника: если закрыть параметр, который требуется определить, оставшиеся два станут решением для его вычисления.

Использовать треугольник в качестве решения задач можно только в том случае, если параметры даются в вольтах (U), в омах (R) и в амперах (I).

Треугольник формул для определения основных параметров электроцепи

Ниже приведен пример, как действует этот закон электротехники. В нем источником напряжения является аккумулятор. Через него пропущено два провода, которые подсоединены к резистору с разных сторон. Формула на рисунке отображает, как рассчитать R (сопротивление в омах), разделив U (напряжение в вольтах) на I (ток в амперах).

Цепь демонстрирующая закон Ома

Под основной формулой в круге изображены ее варианты. Чтобы работать с ними, нужно закрыть любой параметр, проводя вычисления с оставшимися. Сделать это легко: если составляющие формулы расположены рядом, например, R и I, то их показатели нужно умножить, а если друг под другом, то производится деление.

Например, нужно найти величину R, используя показатели амперметра (I=2.6 А) и вольтметра (U=12 В). Сопротивление будет равно: R = 12:2.6 = 4.6 Ом.

Это основные формулы электротехники, благодаря им находим не только сопротивление в электрической цепи, но и напряжение, и силу тока (однофазного переменного с емкостным или индуктивным сопротивлением). Для начинающего электрика азами профессии является именно закон Ома.

Вычисление полного сопротивления цепи (Z)

Чтобы узнать показатель Z, нужно воспользоваться представленной ниже формулой:

Определение сопротивления цепи

Активное сопротивление — это какой-либо вид энергии, полученный путем перехода в нее электрической энергии в цепи или ее части. Например, она может превратиться в механическую, которая используется в электродвигателях, химическую или тепловую (электролиз и диэлектрики соответственно). Обозначается буквой R.

Емкостное сопротивление — это параметр, который обозначает уровень сопротивления электрической емкости цепи или ее части переменному току. То есть показатели тока или напряжения меняются из-за коэффициента самоиндукции или емкостного элемента. Обозначается Xc.

Индуктивное сопротивление — это степень сопротивления проводника, входящего в электрическую цепь переменного тока. То есть, индуктивность (обозначается L) в электроцепи создает состояние, когда электроток запаздывает по сравнению с электронапряжением. Обозначается XL.

Чтобы вычислить общее (полное) сопротивление Z в электрической цепи, необходимо знать параметры всех видов сопротивления. Все величины используются в ТОЭ для упрощения решения задач и проведения расчетов согласно формулам.

Определение полной мощности (S) в электротехнике

Мощность — важный показатель в электротехнике. Чтобы определить полную S, нужно использовать приведенную ниже формулу:

Определение мощности

В данной формуле представлены:

  • Активная мощность, то есть потребляемая, является частью полной. Обозначается P и выражается в Вт.
  • Реактивная мощность — величина, которая обозначает колебания энергии в работающих электрических устройствах. Обозначается буквой Q, измеряется в ВАр (вольт/ампер реактивный).
  • Полная мощность. Обозначается S и измеряется в ВА (вольт/ампер).

Чтобы определить уровень активной и реактивной мощностей, нужно воспользоваться приведенными ниже формулами:

Формулы активной и реактивной мощности

В которых:

  • U — напряжение;
  • I — сила тока;
  • cosΦ — коэффициент мощности.

Ниже представлены формулы для вычисления активной мощности для различных электрических цепей:

Определение мощности для различных электроцепей

Чтобы определить S, нужно произвести расчеты активной и реактивной мощностей, после чего воспользоваться формулой:

Формула полной мощности

Закон Джоуля-Ленца

Он применяется для определения теплового действия тока: Q = I2Rt. Благодаря этой формуле можно вычислить Q (теплоту в джоулях) при прохождении постоянного тока через проводник. При этом Q будет пропорционально силе тока в квадрате (I2 в амперах), сопротивлению проводника (R в омах) и времени прохождения тока (t в секундах).

Закон Джоуля-Ленца

Без определения уровня теплоты, выделяемого электротоком при прохождении через проводник, невозможно создание электрических нагревательных приборов и печей.

Первый закон Кирхгофа

Законы Кирхгофа универсальны для всех электротехнических задач, так как связаны с соотношением токов и напряжений в разветвленных цепях. Они подходят как для постоянных и переменных электротоков и электронапряжений, так и для линейных и нелинейных электрических цепей.

Первый закон представлен ниже:

Первый закон Кирхгофа

Краткий вариант этого закона гласит: если по электроцепи проходит только постоянный электроток, то в ней нет ни единой точки, в которой бы мог накапливаться электрозаряд, в противном случае он не был бы постоянным. То есть, первый закон Кирхгофа дает определение непрерывности потока электрического тока. При этом входящие в узлы и исходящие из них электротоки имеют разные заряды: одни — положительные, а другие — отрицательные. В виде формулы этот закон выглядит так:

Формула закона Кирхгофа

Ниже приведен пример использования первого закона:

Пример использования первого закона Кирхгофа

Второй закон Кирхгофа

Это правило относится к замкнутым контурам. Закон гласит:

Второй закон Кирхгофа

То есть суммы параметров электротоков и внешних/внутренних сопротивлений на всех участках контура будут равны сумме параметров сторонних электродвижущих сил (ЭДС), входящих в этот контур. Формула выглядит так:

Формула ЭДС

При этом:

  • Im и Rm — параметры падения напряжения;
  • N — количество участков контура.

Ниже приведен пример применения законов:

Пример применения законов Кирхгофа

Таково общее представление об основных законах электротехники.

Видео по теме

Adblock
detector