Электрическим током (I) называется направленное движение электрических зарядов (ионов — в электролитах, электронов проводимости в металлах).
Необходимым условием для протекания электрического тока является замкнутость электрической цепи.
Электрический ток измеряется в амперах (А).
Производными единицами измерения тока являются:
1 килоампер (кА) = 1000 А;
1 миллиампер (мА) 0,001 А;
1 микроампер (мкА) = 0,000001 А.
Человек начинает ощущать проходящий через его тело ток в 0,005 А. Ток больше 0,05 А опасен для жизни человека.
Электрическим напряжением (U) называется разность потенциалов между двумя точками электрического поля.
Единицей разности электрических потенциалов является вольт (В).
1 В = (1 Вт) : (1 А).
Производными единицами измерения напряжения являются:
1 киловольт (кВ) = 1000 В;
1 милливольт (мВ) = 0,001 В;
1 микровольт (мкВ) = 0,00000 1 В.
Сопротивлением участка электрической цепи называется величина, зависящая от материала проводника, его длины и поперечного сечения.
Электрическое сопротивление измеряется в омах (Ом).
1 Ом = (1 В) : (1 А).
Производными единицами измерения сопротивления являются:
1 килоОм (кОм) = 1000 Ом;
1 мегаОм (МОм) = 1 000 000 Ом;
1 миллиОм (мОм) = 0,001 Ом;
1 микроОм (мкОм) = 0,00000 1 Ом.
Электрическое сопротивление тела человека в зависимости от ряда условий колеблется от 2000 до 10 000 Ом.
Удельным электрическим сопротивлением (ρ) называется сопротивление проволоки длиной 1 м и сечением 1 мм2 при температуре 20 °С.
Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью (γ).
Мощностью (Р) называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа.
Мощностью генератора называется величина, характеризующая скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в генераторе в электрическую.
Мощностью потребителя называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование электрической энергии в отдельных участках цепи в другие полезные виды энергии.
Системной единицей мощности в СИ является ватт (Вт). Он равен мощности, при которой за 1 секунду выполняется работа в 1 джоуль:
Производными единицами измерения электрической мощности являются:
1 киловатт (кВт) = 1000 Вт;
1 мегаватт (МВт) = 1000 кВт = 1 000 000 Вт;
1 милливатт (мВт) = 0,001 Вт; о1i
1 лошадиная сила (л. с.) = 736 Вт = 0,736 кВт.
Единицами измерения электрической энергии являются:
1 ватт-секунда (Вт сек) = 1 Дж = (1 Н) (1 м);
1 киловатт-час (кВт ч) = 3,б 106 Вт сек.
Пример. Ток, потребляемый электродвигателем, присоединенным к сети 220 В, составлял 10 А в течение 15 минут. Определить энергию, потребленную двигателем.
Вт*сек, или, разделив эту величину на 1000 и 3600, получим энергию в киловатт-часах:
W = 1980000/(1000*3600) = 0,55кВт*ч
Таблица 1. Электрические величины и единицы
Силой тока называется величина, которая равна отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к времени его протекания. Единицей измерения заряда является кулон (Кл) , время измеряется в секундах (с) . В этом случае единица силы тока выражается в Кл/с.
В 1992 г. в качестве государственного первичного эталона силы постоянного электрического тока в диапазоне 10-16 . .30 А утвержден эталон, позволяющий значительно повысить точность воспроизведения и передачи размера единицы силы тока (1 мА и 1А) с использованием косвенных измерений силы тока I = U/r, причем размер единицы электрического напряжения U – вольт – воспроизводиться с помощью квантового эффекта Джозефсона, а размер единицы электрического сопротивления r – Ом – с помощью квантового эффекта Холла.
Электрический ток— направленное движение электрических зарядов под действием электрического поля. Для того чтобы шёл ток, нужна замкнутая цепь, которая состоит из источников электрической энергии, приёмников электроэнергии и соединительных проводов.
За направление тока принимают направление движения положительного заряда. Поэтому во внешней цепи ток направлен от зажима “+” к зажиму “–”, внутри источника — наоборот.
Сила тока— количество электричества, прошедшее через поперечное сечение проводника за 1 секунду.
— для постоянного тока
— для переменного тока (ток равен скорости изменения заряда)
Плотность тока:
Работа и мощность тока
При прохождении тока проводник нагревается и совершается работа:
—работатока
—мощностьтока
Вопрос 3. Источники напряжения и тока (определение, условно графическое обозначение, взаимное преобразование). Примеры источников напряжения и тока.
Электрическую энергию получают путём преобразования химической, механической и других видов энергии.
Устройство, которое даёт в цепь энергию, называется источником.
Источник тока— источник, ток которого не зависит от сопротивления нагрузки.
Источниками тока являются электронные лампы, транзисторы.
Схемное изображение источника тока:
На практике источник тока можно получить, если к источнику напряжения подключить очень большое внутренне сопротивление.
Можно при расчётах преобразовать источник напряжения в эквивалентный источник тока, если ток источника тока рассчитать по формуле
и внутренне сопротивление источника напряжения, включенное последовательно, включить к источнику тока параллельно.
Схема с источником напряжения:
Схема с эквивалентным источником тока:
Вопрос 4. Классификация электрических сигналов (простые и сложные, периодические и непериодические, детерминированные и случайные). Способы представления сигналов (математическая модель, временная, спектральная и векторная диаграммы).
Классификация электрических сигналов:
Периодические и непериодические
Периодические сигналыповторяются через определённый промежуток времени.
Непериодические сигналыпоявляются один раз и больше не повторяются.
Детерминированные и случайные
Детерминированные сигналы— сигналы, которые можно описать с помощью функции времени.
Случайные сигналы— сигналы, мгновенные значения которых заранее не может быть предсказано.
Простые и сложные
Простые сигналы— сигналы, токи и напряжения которых имеют одну частоту (синусоида).
Сложные сигналы— сигналы, которые состоят из суммы токов и напряжений нескольких частот.
Вопрос 5. Основные параметры детерминированных периодических сигналов (период, угловая и циклическая частота, амплитуда, размах, мгновенное и действующее значения, скважность). Примеры периодических сигналов различной формы.
Основные параметры детерминированных периодических сигналов:
Мгновенное значение— значение переменной в любой момент времени:
Максимальное (амплитудное) значение— наибольшее из мгновенных значений:
Размах сигнала— разность между максимальным и минимальным значениями сигнала:
Действующее значение переменного тока— такой постоянный ток, который за время равное периоду, выделяет сопротивление
то же количество тепла, что и переменный ток:
Все приборы показывают действующие значения. Для гармонического сигнала максимальные и действующие значения связаны формулой:
Период— наименьший промежуток времени, через который значения переменной повторяются:
Циклическая частота— количество колебаний переменной за 1 с:
Примеры периодических сигналов разной формы:
Сигнал, не изменяющийся во времени (постоянное напряжение или ток)
Изменяется по закону косинуса или синуса
Сигнал треугольной формы
Сигнал пилообразной формы
Сигнал прямоугольной формы
— длительность импульса
(безразмерная величина)
Скважность— отношение периода к длительности импульса.
Ток на выходе однополупериодного выпрямителя
Ток на выходе двухполупериодного выпрямителя
Вопрос 6. Двухполюсники и четырехполюсники, коэффициент передачи четырехполюсника по напряжению, току, мощности. Логарифмические единицы измерения коэффициента передачи. Понятие о воздействие и отклике.
Двухполюсник— участок цепи, который имеет 2 зажима:
Четырёхполюсник— участок цепи, который имеет 2 входных и 2 выходных зажима:
Коэффициент передачи по напряжению— отношение напряжения на выходе к напряжению на входе четырёхполюсника:
Коэффициент передачи по току — отношение тока на выходе к току на входе четырёхполюсника:
Коэффициент передачи по мощности— отношение мощности на выходе к мощности на входе четырёхполюсника:
