Тема №3. Электрическое сопротивление и проводимость.

План:

1) Определение сопротивления и проводимости;

2) Закон Ома для участка цепи;

3) Закон Ома для всей цепи;

4) Основные расчетные формулы сопротивления и проводимости;

5) Определение резистора.

 

Сопротивление – это способность вещества или материала противодействовать электрическому току.

Проводимость – это способность вещества или материала проводить электрический ток.

Резистор – это устройство, предназначенное для включения в электрическую цепь с целью ограничения и регулировки тока в цепи.

 

Основная расчётная формула сопротивления и проводимости – формула зависимости сопротивления и проводимости от его геометрических параметров проводника.

Формула проводимости от геометрических параметров проводника:

, См (Сименс)

Где – удельная проводимость.

Зависит от электрических свойств материала проводника. Это справочное данное.

– длина проводника.

Формула сопротивления от геометрических параметров проводника:

Где – удельное сопротивление;

– площадь поперечного сечения проводника;

– длина проводника.

Сопротивление и проводимость обратно пропорциональны.

;

; ;

 

Закон Ома для участка цепи.

Ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на этом участке, и обратно пропорционален сопротивлению этого участка.

, А

 

Закон Ома для всей цепи.

Ток в цепи прямо пропорционален ЭДС источника и обратно пропорционален сумме внешнего и внутреннего сопротивления цепи.

, А

Где R – сопротивление внешнего участка цепи;

– сопротивление внутреннего участка цепи.

 

Тема №4. Мощность электрической цепи.

Закон Джоуля-Ленца.

План:

1) Определение мощности;

2) Мощность источника;

3) Мощность потребителя;

4) Мощность потерь;

5) Баланс мощностей;

6) КПД;

7) Закон Джоуля-Ленца;

 

Мощность – это скорость совершения работы или скорость преобразования одного вида энергии в другой.

 

Основная формула мощности:

, Вт

P – мощность;

A – работа;

t – время.

 

Мощность источника – это скорость, с которой какой-либо вид энергии преобразуется в источнике в электрическую энергию.

Она равна:

, Вт

где Е – ЭДС источника и ток в цепи.

 

Мощность потребителя – это скорость, с которой электрическая энергия в потребителе преобразуется в другой вид энергии.

Она равна:

, Вт

где U – это напряжение на потребителя.

Мощность потребителя можно выразить через напряжение и сопротивление или через ток сопротивления.

,Вт

Мощность потерь характеризует непроизводительный расход энергии.

Она равна:

где – это напряжение потерь внутри источника.

Баланс мощностей – мощность источника равна сумме мощности потребителя плюс мощность потерь.

Она равна:

 

КПД – коэффициент полезного действия.

η =

КПД показывает какой процент полезной мощности (мощность потребителя) составляет от затраченной мощности (мощность источника).

КПД всегда <100% т.к. из-за потерь.

 

Закон Джоуля-Ленца.

Количество тепла, выделенного током в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, протекающего по проводнику, сопротивлению проводника и времени прохождения тока по проводнику.

Где:

Q – количество теплоты, выделяемое током;

I – сила тока, проходящего по проводнику;

R – это сопротивление, оказываемое проводником;

t – время, затрачиваемое на прохождение тока.

 

Тема №5. Конденсаторы.

План:

1) Определение, назначение, применение конденсатора;

2) УГО;

3) Основные свойства и параметры конденсатора;

4) Энергия электрического поля конденсатора;

5) График заряда и разряда конденсатора.

 

Конденсатор – это система, состоящая из двух проводников (обкладок), разделённых диэлектриком.

Конденсатор обладает свойством накапливать и удерживать на своих обкладках равные по величине и противоположные по знаку заряды.

Условное графическое обозначение – УГО.

Заряд в каждой из обкладок пропорционален напряжению между ними.

Он равен:

q=c*U, Кл , Ф

где С - коэффициент пропорциональности,

который называется электрической ёмкостью конденсатора.

Размерность – Фарад (Ф).

С – основной параметр конденсатора.

Электрическая ёмкость зависит от геометрических параметров конденсатора и диэлектрических свойств диэлектрика.

, Ф

где ε – диэлектрическая проницаемость;

S – площадь одной из обкладок;

d – расстояние между обкладками.

Конденсатор, подключённый к источнику, накапливает заряд, при этом он заряжается с течением времени.

Заряженный конденсатор, подключённый к нагрузке, создает на ней ток до тех пор, пока полностью не разрядится в течение какого-то времени.

 

График заряда и разряда конденсатора.

 

Конденсатор заряжается и разряжается по экспоненте.

Время заряда и разряда конденсатора зависит от его электрической ёмкости и от сопротивления резистора, через которое он заряжается и разряжается (?) Определяется это время постоянной времени, которая равна:

τ – тау (постоянная времени)

τ= R*C

Заряженный конденсатор создает вокруг себя электрическое поле.

Энергия электрического поля конденсатора равна:

, Дж

Где:

С – ёмкость конденсатора;
q – заряд конденсатора;
U – напряжение на обкладках конденсатора.