Рабочая учебная программа для обучаемых, краткие конспекты теоретических и практических занятий. Предложены темы рефератов по дисциплине. В полном объеме представлен глоссарий, список аттестационного материала

Теоретические занятия

Тема урока: Предмет, цели и задачи курса.

Урок

Электротехника как наука теоретическая и прикладная вначале развивалась на основе постоянного тока, поскольку первыми источниками электрического тока были гальванические элементы. В этот период (1800 — 1850 гг.) были открыты основные закономерности электрических явлений: законы электрической цепи (Г. Ом и Г. Кирхгоф), тепловое действие электрического тока и его практическое использование (Э. Ленц, Д. Джоуль, 15. И. Петров), законы электромагнитной индукции и электромагнитных сил (М. Фарадей, Д. Максвелл, Э. Ленц, Л. Ампер, Б. С Якоби и др.), электрохимическое действие тока и т.д.

В дальнейшем по мере развития электроэнергетических установок и роста их мощности все больше выявлялся основной недостаток системы постоянного тока — трудность экономичной передачи электрической энергии на значительные расстояния. Возможность передачи электрической энергии па дальние расстояния, большая простота машин и другие преимущества обеспечили системе переменного тока широкое развитие. Однако и теперь, когда переменный ток занимает центральное место в электроэнергетике, многие потребители электрической энергии нуждаются в постоянном токе, который является для них либо единственным приемлемым по технологическим условиям родом тока (электрохимия), либо родом тока, обеспечивающим ряд технико-экономических преимуществ (электротранспорт, некоторые промышленные электродвигатели). Источниками питания для большинства современных установок постоянного тока являются различные преобразователи переменного тока в постоянный (электромашинные, электронно-ионные, полупроводниковые) и в меньшей мере аккумуляторы, генераторы постоянного тока и термоэлектрические батареи.

В электрических цепях как постоянного, так и переменного тока при любых возможных режимах одновременно происходит непрерывный процесс получения электрической энергии и преобразование ее в другие виды энергии.

Электромагнитное поле представляет собой особый вид материи. Как вид материи оно обладает массой, энергией, количеством движения, может превращаться в вещество и наоборот.

Электромагнитное поле имеет две составляющие  электрическую и магнитную  и в каждой точке пространства определяется двумя векторными величинами:

а) вектором напряженности электрического поля Е [ В/м],

б) вектором напряженности магнитного поля Н [А/м].

Следует помнить, что в природе существует единое электромагнитное поле, а отдельные его стороны  электрическое поле или магнитное поле – могут проявляться независимо друг от друга только в частных случаях при определенных условиях.

Из приведенных уравнений следует, что каждая из сторон электромагнитного поля одновременно является и причиной, и следствием другой стороны, что говорит о единстве этих сторон.

Электромагнитное поле, как носитель энергии, является той средой, посредством которой осуществляется передача энергии от источников энергии (электростанций) к приемникам энергии (промышленным предприятиям, жилым домам и т.д.), при этом в передаче энергии участвуют в равной мере обе его стороны.

Из физики известно о существовании трех родов электрического тока: проводимости, переноса и смещения.

Электрическим током проводимости называется направленное движение свободных зарядов q_св, какими являются электроны в металлах, положительные и отрицательные ионы в электролитах:


ток проводимости [A];
– плотность тока проводимости [A/м²] .

Ток проводимости связан с плотностью тока уравнением:

Ток проводимости возникает в проводящей среде под воздействием электрического поля: _пр= Е, где  удельная проводимость среды [Cм/м] .

При увеличении заряда внутри объема q=q_св+q_зч будет усиливаться электрическое поле на поверхности S. По теореме Гаусса:

Сумма токов всех родов, протекающих сквозь любую замкнутую поверхность, равна нулю. Если замкнутую поверхность S разбить на отдельные участки S₁, S₂, ..., S_n, то

Рассмотрим узел электрической цепи, т. е. точку, в которой сходятся не менее трех проводов (ветвей) этой цепи (рис. 2). Окружим узел замкнутой поверхностью S . Токи, протекающие по проводникам (i₁ , i₂ , i₃), называются токами проводимости. Через свободную поверхность диэлектрика будет протекать ток смещения На промышленной частоте 50 Гц ток

смещения несоизмеримо меньше тока проводимости (i_смi_пр ) и в инженерных расчетах им можно пренебречь. Таким образом, можно считать, что алгебраическая сумма токов проводимости в узле электрической цепи равна нулю:

i = i₁ – i₂ – i₃ = 0 .

Указанное положение в электротехнике получило название 1-го закона Кирхгофа.

Урок
Пусть в электрическом поле Е заряд q перемещается из точки “a” в точку “b” по некоторой произвольной траектории (рис. 3). Работа сил по перемещению заряда q из точки “a” в точку “b”:

где Е напряженность электрического поля [ B/м].

Электрическим напряжением называется физическая величина, равная отношению работы по перемещению заряда из одной точки (а) в другую (b) к величине этого заряда:

Из закона сохранения энергии следует, что при перемещении заряда по произвольному замкнутому контуру, произведенная работа будет равна нулю т.е.

Из этого уравнения вытекают два важных следствия.

1-е следствие: сумма падений напряжений на отдельных участках замкнутого контура равна нулю:

2-ое следствие: напряжение между двумя произвольными точками не зависит от пути интегрирования:

откуда следует, что U_ab=U_ba.

Независимость напряжения между двумя точками от выбора пути интегрирования позволяет характеризовать электрическое поле некоторой математической функцией (x,y, z), называемой потенциалом, разность значений которой в рассматриваемых точках численно равна напряжению между ними:

Если положение и потенциал точки ”a” заданы, а точка ”b” является текущей  ”b”(x,y,z), то получим:

Таким образом, значение потенциала _b в произвольной точке ”b”(x,y,z)зависит от выбора значения потенциала опорной точки _a. В электротехнике принято придавать нулевое значение потенциала точке, связанной с землей.

Для 1-йветви:

Сумма всех напряжений по замкнутому контуру: U=U₁₂+U₂₃+U₃₄+U₄₁=0, откуда следует, что I₁R₁ + I₂R₂ – I₃R₃ – I₄R₄ = E₁ – E₃,или

IR=E