Расчет разветвленной электрической цепи постоянного тока
Введение.
В процессе выполнения курсовой работы мы попытаемся про анализировать схему разветвленной электрической цепи постоянного тока. В полном объёме изучим её работу. А также будем рассматривать, различные методы определения токов, напряжений и узловых потенциалов. Проверим на практике различные законы Ома, законы Кирхгофа, баланса мощностей. Наглядно графическим методом покажем зависимость напряжения от сопротивления путем построения потенциальных диаграмм, для замкнутых контуров.
1 Теоритическая часть.
1.1. Электрический ток. Сила тока. Условия существования тока в цепи.
Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.
Электрический ток возникает при упорядоченном движении свободных электронов, а металлах и полупроводниках или положительных и отрицательных ионов в электролитах. В газах упорядоченно движутся ионы и электроны. За направление тока принимают то направление, в котором упорядоченно движутся положительно заряженные частицы. В металлах направление тока противоположно направлению движения свободных электронов (отрицательно заряженных частиц).
О наличии электрического тока в проводнике можно судить по явлениям, сопровождающим ток, т.е. по его действиям:
1) тепловому — проводник с током нагревается. Например, работа электронагревательных приборов основана на этом действии тока. Но есть вещества, у которых данный эффект отсутствует — сверхпроводники;
2) химическому — изменение химического состава проводника и разделение его на составные части. Это действие наблюдается в электролитах и газах. Например, из раствора медного купороса можно выделить чистую медь. Само явление разложения вещества током называется электролизом;
3) магнитному — вокруг любого проводника с током существует магнитное поле, действующее с некоторой силой на соседние токи или намагниченные тела. Например, вблизи проводника с током магнитная стрелка ориентируется определенным образом.
Магнитное действие тока проявляется всюду, независимо от свойств проводника, и поэтому оно является основным действием электрического тока. Количественной характеристикой электрического тока является сила тока I, которая определяется количеством электричества q, протекающего через поперечное сечение проводника за 1 с.
I=q/D t
Сила тока равна отношению заряда Dq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Dt, к этому интервалу времени. Электрический ток, сила и направление которого не меняется с течением времени, называется постоянным током. В СИ заряды (количество электричества) измеряются в кулонах, а время в секундах, единицей силы тока является ампер (А).
Название единицы силы тока дано в честь французского физика Андре Ампера (1775-1836). Единица тока определяется на основе магнитного взаимодействия токов.
Распределение тока по сечению проводника характеризуется вектором плотности тока i, модуль которого равен:
i=I/s
Плотность тока определяет ток, приходящийся на единицу площади поперечного сечения проводника. Направление вектора плотности тока совпадает с направлением тока.
Сила тока может быть как положительной, так и отрицательной. Если направление тока совпадает с положительным направлением вдоль проводника, то I > 0. Если ток направлен в противоположную сторону, то I< 0.
Сила тока в металлическом проводнике зависит от заряда, переносимого каждой частицей, концентрации частиц, скорости их направленного движения и площади поперечного сечения проводника:
I=q0*n* v*s
Рассмотрим участок проводника длиной ДL и площадью поперечного сечения S. Положительное направление в проводнике cсовпадает с направлением движения частиц и средней скоростью частиц v, заключенных в объеме, ограниченном сечениями 1 и 2.
В данном объеме
V=Dl*S
Содержится общее число частиц
 |
N=n*v=n*Dl*S,
где п =N/V — концентрация частиц (число частиц в единице
объема). Общий заряд всех частиц:
q=q0*V=q0*n*Dl*S где q0 — заряд каждой частицы. За промежуток времени
Dt=Dl/v
все частицы данного объема пройдут через сечение 2. Сила тока в
проводнике:
I=q/Dt=q0*n*Dl*S/Dt=q0*n*Dl*S/Dl/v=q0*n*v*S
Можно выразить скорость упорядоченного движения электронов в проводнике, учитывая, что заряд электрона e=q0:
V=|I|/e*n*S
Обычно эта скорость мала. Под скоростью электрического тока понимают скорость распространения вдоль проводника электрического поля, под действием которого электроны (или другие носители тока) приходят в упорядоченное движение.
Для возникновения и существования тока в веществе необходимо наличие свободных носителей заряда и электрического поля, действующего на заряды с некоторой силой, под действием которой заряженные частицы приходят в упорядоченное движение.
1.2. Электродвижущая сила (ЭДС). Напряжение.
Постоянный электрический ток в цепи вызывается стационарным электростатическим полем (кулоновским полем), которое должно поддерживаться источником тока, создающим постоянную разность потенциалов на концах внешней цепи. Поскольку ток в проводнике несет определенную энергию, выделяющуюся, например, в виде некоторого количества теплоты, необходимо непрерывное превращение какой-либо энергии в электрическую. Иначе говоря, помимо кулоновских сил стационарного электростатического поля на заряды должны действовать еще какие-то силы, неэлектростатической природы — сторонние силы.
Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами.
Природа (или происхождение) сторонних сил может быть различной: например, в гальванических элементах и аккумуляторах — это химические силы, в генераторах — это сила Лоренца или силы со стороны вихревого электрического поля.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9