Основы электротехники и электроники

Введение в теоретические основы электротехники

Для того чтобы зажечь электрическую лампу, ее нужно присоединить к сети — к проводам, идущим от установленных на электростанциях специальных машин, называемых генераторами и вырабатывающих электрическую энергию. По этим проводам к лампе подводится энергия, необходимая для накала ее нити. Крупные станции питают сотни тысяч ламп и двигателей. Необходимую для этого энергию они получают от сжигания угля, нефти, торфа или от падающих масс воды (гидростанции).

С 1954 г. работает первая в мире электростанция, получающая энергию из недр атомов.

От генераторов, установленных на электростанциях, электрическая энергия через линии передачи и преобразующие подстанции подводится ко всем потребителям— к электрическим двигателям, вращающим станки, поднимающим грузы, к сварочным аппаратам, к электропечам и многим другим.

Но электрические лампы и двигатели могут получать питание нс только от сети электрических станций. В карманном фонаре нить лампы накаливается, если она соединена с гальваническими элементами (батарей), помешенными внутри карманного фонаря.

Электрический двигатель, применяемый для запуска автомобильного мотора, питается от аккумулятора .

В поездах для электрического освещения также пользуются аккумуляторами, а во время хода поезда лампы питаются энергией от специального генератора, т. е, машины, вырабатывающей электрическую энергию. Эта машина приводится в движение колесами вагона.

Все перечисленные здесь источники питания — электрические машины на электростанциях, аккумуляторы — не являются, конечно, источниками энергии, они только преобразуют подведенную к ним энергию (механическую или химическую) в энергию электромагнитную, передаваемую дальше по проводам. В батареях аккумуляторов или элементов энергия бывает запасена в форме химических соединений. И, как всем известно, батарейки карманных фонарей нужно сменять после определенного числа часов горения лампы, когда запасенная в батарейке энергия израсходовалась. Аккумуляторы нужно периодически ставить на зарядку, чтобы подвести к ним новую порцию энергии. Электроэнергия, полученная потребителем, вновь превращается либо в тепло и свет (лампы и нагревательные приборы), либо, в энергию механическую (двигатели), либо, наконец, в химическую энергию (зарядка аккумулятора, электрохимические установки).

Основное значение электротехники заключается в том, что она дает чрезвычайно удобный способ преобразования, передачи и распределения энергии.

Научиться понимать законы, по которым происходят эти превращения энергии, овладеть ими, суметь направить процесс по тому пути, который нам нужен,— это и значит изучить ‘электротехнику. Это изучение мы начнем с рассмотрения простейшей электротехнической установки. Кстати теоретическое основы электротехники похожи на предмет основы теории цепей.

Наука электротехника

Основа электричества
В физике электротехника изучает все понятия, связанные с электричеством. Её проходят все, кто хочет получить специальность электрика. В учебных заведениях дисциплина называется «ТОЭ» — теоретические основы электротехники. Впервые об этой науке узнали в XIX веке, когда был изобретён источник тока и построены электрические цепи. Затем учёные сделали несколько физических открытий, а также в области математики и химии.

На первых занятиях ТОЭ студенты изучают основы электрического тока, его определение, разбираются свойства, сферы использования и характеристики. Затем рассказывают студентам о магнитных полях, приборах, которые получают питание от сети. Необязательно получать специальное образование в институте или колледже. Разобраться с работой электрической проводки можно самостоятельно.

Достаточно изучить сайты по электротехнике, несколько учебников или посмотреть видеоуроки. В быту этих знаний хватит для замены лампы в светильнике или ремонта электрического чайника. Но если есть желание профессионально работать с током, то необходимо получить специальное образование. Диплом позволит получить официальный допуск к таким занятиям.

Что изучает электротехника

Электроэнергетика и электротехника

Основа электрики формировалась в XIX веке. Те времена называют эпохой грандиозных открытий основополагающих законов, дающих все представления об электричестве. Электротехника (ЭТ) как наука начинала делать свои первые шаги. Теория стала подкрепляться практикой. Появились первые электротехнические устройства, совершенствовались коммуникационные системы доставки электроэнергии от источника потребителю.

Базой развития электротехники стали достижения в области физики, химии и математики. Новая наука изучала свойства электрического тока, природу электромагнитных излучений и другие процессы. По мере накопления знаний ЭТ становилась наукой прикладного характера.

Современная научная дисциплина изучает устройства, в которых используется электрический ток. На основании исследований создаются новые более совершенные электротехнические установки, приборы и устройства. ЭТ – одна из передовых наук, являющаяся одним из основных двигателей прогресса человеческой цивилизации.

Нормативная база

Разновидностей электрических схем насчитывается около десятка, количество различных элементов, которые могут там встречаться, исчисляется десятками если не сотнями. Чтобы облегчить распознавание этих элементов, введены единые условные обозначения в электрических схемах. Все правила прописаны в ГОСТах. Этих нормативов немало, но основная информация есть в следующих стандартах:

Нормативные документы, в которых прописаны графические обозначения элементной базы электрических схем
Нормативные документы, в которых прописаны графические обозначения элементной базы электрических схем

Изучение ГОСТов дело полезное, но требующее времени, которое не у всех есть в достаточном количестве. Потому в статье приведем условные обозначения в электрических схемах — основную элементную базу для создания чертежей и схем электропроводки, принципиальных схем устройств.

Основные токовые величины

Изучая электричество для начинающих, главное – разобраться с тремя основными терминами:

  • Сила тока;
  • Напряжение;
  • Сопротивление.

Под силой тока понимается количество электрического заряда, протекающего через проводник с определенным сечением за единицу времени. Другими словами, количество электронов, которые переместились из одного конца проводника в другой за некоторое время. Сила тока является самой опасной для жизни и здоровья человека. Если взяться за оголенный провод (а человек – это тоже проводник), то электроны пройдут через него. Чем больше их пройдет, тем больше будут повреждения, поскольку в процессе своего движения они выделяют тепло и запускают различные химические реакции.

Однако чтобы ток шел по проводникам, между одним и другим концом проводника должно быть напряжение или разность потенциалов. Причем она должна быть постоянной, чтобы движение электронов не прекращалось. Для этого электрическую цепь обязательно замыкают, а на одном конце цепи обязательно ставят источник тока, который обеспечивает в цепи постоянное движение электронов.

Сопротивление – это физическая характеристика проводника, его способность к проведению электронов. Чем ниже сопротивление проводника, тем большее количество электронов по нему пройдет за единицу времени, тем выше сила тока. Высокое сопротивление, наоборот, уменьшает силу тока, но влечет за собой нагревание проводника (если напряжение достаточно высоко), что может привести к возгоранию.

Подбор оптимальных соотношений между напряжением, сопротивлением и силой тока в электрической цепи является одной из основных задач электротехники.

Сила тока

Параметр означает количество заряда, проходящего по проводу, за определённое время. Силу тока измеряют в амперах.

Напряжение

Это есть не что иное, как разница потенциалов между двумя точками проводника. Величина измеряется в вольтах. Один вольт – эта разность потенциалов, при которой для переноса заряда в 1 кулон потребуется произвести работу, равную одному джоулю.

Сопротивление

Этот параметр измеряется в омах. Его величина определяет сопротивление энергопотоку. Чем больше масса и площадь поперечного сечения проводника, тем больше сопротивление. Оно также зависит от материала и длины провода. При разнице потенциалов на концах проводника в 1 Вольт и силе тока 1 Ампер сопротивление проводника равно 1 Ому.

Будет интересно➡  Как работает выпрямитель напряжения

Мощность

Физическая величина выражает скорость протекания электроэнергии в проводнике. Мощность тока определяется произведением силы тока и напряжения. Единица мощности – ватт.

Пусковой ток

Нужно различать параметры потребляемого прибором тока при его работе и включении. В последнем случае наблюдается скачок, многократно превышающий эксплуатационные показатели. Поступающий в момент включения ток называется пусковым. Самым большим параметром обладают электродвигатели. Пусковой ток подается до момента набора валом нужной скорости вращения. Подобное характерно для большинства бытовых приборов. Блоки питания снабжаются устройствами, накапливающими энергию для запуска.

Пусковой ток

Пусковой ток не характерен для маломощных нагревательных элементов. Вычислить параметр, зная мощность прибора, не получится. Устройствам свойственны разные соотношения. Кроме того, современные приборы снабжаются ограничителями пускового тока.

Закон Ома

Данный закон относится к основным положениям и понятиям электротехники. Он наиболее точно отражает зависимость между такими величинами, как сила тока, напряжение, сопротивление и мощность. Определения этих величин уже были рассмотрены, теперь нужно установить степень их взаимодействия и влияния друг на друга.

Основы электротехники и электроники

Для того чтобы вычислить ту или иную величину, необходимо воспользоваться следующими формулами:

  1. Сила тока: I = U/R (ампер).
  2. Напряжение: U = I x R (вольт).
  3. Сопротивление: R = U/I (ом).

Зависимость этих величин, для лучшего понимания сути процессов, часто сравнивается с гидравлическими характеристиками. Например, внизу бака, наполненного водой, устанавливается клапан с примыкающей к нему трубой. При открытии клапана вода начинает течь, поскольку существует разница между высоким давлением в начале трубы и низким – на ее конце. Точно такая же ситуация возникает на концах проводника в виде разности потенциалов – напряжения, под действием которого электроны двигаются по проводнику. Таким образом, по аналогии, напряжение представляет собой своеобразное электрическое давление.

Силу тока можно сравнить с расходом воды, то есть ее количеством, протекающим через сечение трубы за установленный период времени. При уменьшении диаметра трубы уменьшится и поток воды в связи с увеличением сопротивления. Этот ограниченный поток можно сравнить с электрическим сопротивлением проводника, удерживающим поток электронов в определенных рамках. Взаимодействие тока, напряжения и сопротивления аналогично гидравлическим характеристикам: с изменением одного параметра, происходит изменение всех остальных.

Закон Кулона

Согласно короткому описанию, это физический закон, который говорит о взаимодействии между прямо стоящими точечными электрозарядами в зависимости от того, на каком расстоянии они находятся. Согласно полному определению, формулировка обозначает, что между двумя точками в виде электрических зарядов формируется вакуум. Там появляется конкретная сила, которая пропорциональна умножению их модульных частиц, поделенных на квадратный показатель расстояния.

Расстояние — длина, которая соединяет заряды. Сила взаимодействия направлена по отрезку. Кулоновская сила — сила, отталкивающая при зарядах минус-минус и плюс-плюс и притягательная при минус-плюс и плюс-минус.

Обратите внимание! Электрическая сила формула выглядит так: F=k⋅|q1|⋅|q2|/r2, где F — сила заряда, q — величина заряда, r — вектор или расстояние между зарядами, а k — коэффициент пропорциональности. Последний равен c2·10−7 Гн/м.

Основы электротехники и электроники
Закон Кулона

Решение задачи с законом Кулона. При наличии заряженных шариков, которые находятся на расстоянии 15 см и отталкиваются с силой 1 Н в поиске начального заряда, выявить неизвестное можно, переведя основные единицы в систему СИ и подставив величины в указанную формулу. Выйдет значение 2 * 5 * 10 (-8) = 10 (-7).

Теорема Гаусса

Основной закон в электродинамике, входящий в уравнения Максвелла. Это следствие из кулоновского умозаключения и принципа суперпозиции. По ней вектор напряжения поля движется сквозь произвольное значение замкнутой поверхности, окруженной зарядами. Он имеет пропорциональность сумме заряженных частиц, которые находятся внутри этого замкнутого пространства. Указанный вектор поделен на е0. Все это выражается формулой, указанной ниже.

Основы электротехники и электроники
Теорема Гаусса

Емкость плоского конденсатора

Емкостью называется проводниковая характеристика, по которой электрический заряд может накапливать энергию. Плоским конденсатором называются несколько противоположно заряженных пластин, разделенных диэлектрическим тонким слоем. Емкостью плоского конденсатора считается его характеристика, способность к накоплению электрической энергии.

Обратите внимание! Это физическая величина, которая равна делению заряда на разность потенциалов его обкладки. Зарядом при этом служит заряженная одна пластина.

Если в задаче требуется узнать емкость конденсатора из двух пластин с площадью в 10(-2) квадратных метров и в них находится 2*10(-3) метровый лист, ε0 электрическая постоянная с 8,85×10-12 фарад на метр и ε=6 — диэлектрическая проницаемость слюды. В таком случае нужно вставить значения в формулу C= ε* ε* S/d.

Основы электротехники и электроники
Емкость плоского конденсатора

Энергия плоского конденсатора

Поскольку любая частица конденсатора имеет способность запаса энергии, который сохранен на конденсаторной обкладке, вычислить эту самую Е просто, поскольку чтобы элемент зарядился, ему нужно совершить работу. Работа совершается полем. В результате была выведена следующая формула: Еp = А = qEd, где А является работой, d — расстоянием.

Основы электротехники и электроники
Энергия

Простейшая электротехническая установка

Генератор. В установке, схематически изображенной на рис. 2-1, основным является источник электрического тока — генератор. Он преобразует подведенную к нему механическую энергию в электромагнитную. Генератор можно сравнить с паровым котлом: в последнем химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию нагретой воды (пара), а в генераторе механическая энергия, сообщаемая ему валом двигателя, преобразуется в, электрическую энергию, направляемую по проводам.

Теоретические основы электротехники - примеры с решением заданий и выполнением задач

Работу генератора труднее объяснить, чем работу котла. Мы ее рассмотрим потом, а пока ограничимся указанием на то, что генератор может служить источником электрического тока, и механический двигатель затрачивает на его вращение тем большую мощность, чем большую мощность отдает генератор. Простейший генератор имеет два зажима; к ним присоединяются две металлические (например, медные или алюминиевые) проволоки, соединяющие генератор с потребителем.

На рисунке потребитель представлен в виде всем известных электрических ламп накаливания.

Внимательно присмотревшись к рисунку, мы видим, что цель электрического тока является замкнутой. Здесь имеется даже несколько замкнутых цепей из металлических проводников. Идя вдоль правого провода, попадаем код- ному из зажимов лампы накаливания, проходим через ее металлическую нить, затем возвращаемся по обратному проводу через амперметр и рубильник к левому генераторному зажиму.

Замкнутость электрической цепи есть необходимое условие для протекания электрического тока.

Если разомкнуть рубильник, показанный на рис, 2-1, цепь тока окажется прерванной, ток в цепи протекать не будет, и лампы погаснут. То же самое получится, если лампа (рис. 2-2) «перегорит», т е. расплавится ее металлическая нить. И в этом случае электрическая цепь окажется незамкнутой.

Теоретические основы электротехники - примеры с решением заданий и выполнением задач

Ток. Для контроля за работой установки в нее включены два измерительных прибора. Один из них измеряет ток или, как говорят иногда, силу тока.

Этот прибор получил название амперметра , потому что в качестве единицы электрического тока принят ампер. Эта буква сокращенно обозначается буквой а. Амперметр включается в рассечку проводов: цепь тока разрезается и в месте разреза концы проводов присоединяются к двум металлическим зажимам амперметра.

Электрический ток в комнатных лам пах порядка 0,5—1 а. В электрической плитке (приключаемой к сети 120 в) ток порядка 4-—3 а. В линиях передачи высокого напряжения ток достигает сотен и тысяч ампер. При коротких замыканиях в кабельной сети токи нередко достигают десятка тысяч ампер

В линиях связи применяют небольшие токи, например токи, текущие в телефонном аппарате, составляют сотые доли ампера. Токи молний достигают сотен тысяч ампер.

Напряжение. Другой прибор, включенный между проводами , измеряет существующее между ними электрическое напряжение .

Единицей электрического напряжения является вольт. Эта единица сокращенно обозначается буквой в. Поэтому прибор, измеряющий напряжение, носит название вольтметра.

Будет интересно➡  Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры

Напряжение осветительной сети внутри зданий обычно равно 127 или 220 а. Напряжение трамвайной сети 600 в.В линиях передачи высокого напряжения оно достигает сотен тысяч вольт. Напряжения, возникающие в человеческом теле, — по ним врачи судят о работе сердца, мозга и других частей нашего организма, — очень малы. Так, электрокардиограф, прибор, записывающий работу сердца, отмечает напряжения, составляющие одну стотысячную долю вольта.

Автомобильные аккумуляторы имеют напряжения били 12 в. Батарея карманною фонаря — около 4 в.

Напряжение и ток являются основными показателями того, что происходит в электрической цепи.

Во всякой электрической установке можно выделить следующие основные части:

  1. провода;
  2. разъединяющие аппараты;
  3. потребители;
  4. измерительные приборы;
  5. генераторы.

С устройством измерительных приборов и генератора мы ознакомимся дальше, а здесь рассмотрим остальные части электрической установки.

Провода. Металлические провода, связывающие генератор с потребителем, имеют назначение, подобное назначению трубопровода: по ним течет, движется электричество.

Движущееся электричество называют электрическим током . Поэтому говорят, что по проводам течет или проходит ток.

Электрический ток проходит в толще металла, так же как пар проходит внутри труб. Провода для большей гиб кости иногда делаются скрученными из нескольких отдельных проволок.

Скрученная вместе пара проводов, каждый из которых Состоит из тонких проволок, образует шнур. Шнуры применяют для осветительной проводки.

Изоляция. Роль стенок трубопровода в данном случае играет воздух, окружающий проволоку, или слой изолирующего материала, покрывающий проволоку (рис. 2-3).

Таким изолирующим материалом могут служить: бумага, пропитанная смесью минерального масла с канифолью (вид смолы), резина, шелк, проклеенная лаком слюда, фарфор, пластмасса и т. п. Дело в том, что электрический ток, свободно проходя через металл, не может проходить через воздух, через резину, бумагу и другие электроизолирующие материалы.

Когда берут провод в виде голой проволоки, то изоляцией служит воздух. Но проволока ведь должна быть как- то прикреплена к стенам или специальным опорам, а материал стен и опор не является достаточно изолирующим — по нему хоть и плохо, но может проходить ток. Поэтому голые провода прикрепляются к опорам или стенам на изоляторах (рис. 2-4).

Теоретические основы электротехники - примеры с решением заданий и выполнением задач

Такие изоляторы, подвесные или опорные, обычно делаются из фарфора. Чем выше давление пара, тем из более прочного материала должна быть сделана труба. Прочность труб, применяемых для водопровода, может оказаться недостаточной для пара высокого давления. Пар с давлением в несколько десятков атмосфер может разорвать, разрушить такую трубу. Так же и электрическая изоляция должна быть достаточно высокого качества и достаточной толщины.

Теоретические основы электротехники - примеры с решением заданий и выполнением задач

Если она слишком тонка или недостаточно высокого качества, может произойти ее разрушение или, как говорят, пробой изоляции.

Шнур, применяемый для осветительной проводки в закрытых помещениях, легко выдерживает напряжение 100, 00 и даже 500 в, но не пробуйте присоединить его к источнику тока с напряжением в несколько тысяч вольт. Изоляция будет пробита и ток будет замыкаться через искру, образующуюся в месте пробоя; воздух, раскаленный током, проводит электричество почти так же хорошо, как и металлический провод.

Точно так же в случае воздушных проводов при высоких напряжениях необходимо оставлять достаточное расстояние между проходами, а также между проводами и стеной или опорой. Кроме того, и фарфоровые изоляторы нужно выбирать подходящими для данного напряжения.

Теоретические основы электротехники - примеры с решением заданий и выполнением задач

На рис. 2-5 и 2-6 показаны фарфоровые изоляторы для низкого и высокого напряжений.

Выбор сечения проводов. Чем больше воды или пара протекает по трубам, тем шире должны быть трубы, тем больше должно быть их сечение.

Теоретические основы электротехники - примеры с решением заданий и выполнением задач

Примечиние Нагрузки проводов с алюминиевыми жилами следует принимать равными 77% нагрузки соответствующих медных проводов

Точно так же, чем больший ток идет по проводам, тем больше должна быть площадь их поперечного сечения В табл. 2-1 приведены наибольшие значения длительно протекающих токов для медных и алюминиевых проводов разных сечений. Более подробные сведения о допустимых нагрузках приведены в конце главы.

Теоретические основы электротехники - примеры с решением заданий и выполнением задач

Разъединяющие аппараты. Для того чтобы преградить путь пару, нужно отделить одну часть трубы от другой посредством сплошной металлической перегородки. Для того чтобы преградить путь току, нужно рассечь провод и оба конца отделить друг от друга слоем сплошной изоляции. Такой изоляцией могут служить, например, воздух или масло.

На рис, 2-7—2-11 изображены пять разных аппаратов, служащих для преграждения пути току или, другими словами, для разрыва цепи.

Все эти аппараты включаются в рассечку проводов. Первый из них — выключатель (рис. 2-7), применяемый для включения и выключения ламп накаливания. В одном положении он соединяет подходящие к нему провода металлической пластинкой, в другом положении он создает между ними разрыв электрической цепи, вводя между концами проводов изолирующее вещество (фарфор, фибра). Такого рода выключатели приспособлены для выключения небольших токов (несколько ампер), проходящих в осветительной сети.

Теоретические основы электротехники - примеры с решением заданий и выполнением задач

На рис. 2-8 изображен выключатель, называемый обычно рубильником . На изолирующей пластине крепятся четыре конца, принадлежащие двум проводам электрической цепи. Эти концы соединены со специальными пружинящими гнездами, в которые укладываются два металлических ножа. С нижними гнездам» ножи соединены при помощи металлических осей, вокруг которых они могут поворачиваться.

Теоретические основы электротехники - примеры с решением заданий и выполнением задач

Когда ножи рубильника опущены, путь току прегражден, так как ток не может проходить по воздуху.

Такой рубильник может разрывать цепь с током в десятки ампер и может пропускать ток в сотни ампер (разумеется, при соответствующей конструкции). Разрывать рубильником большие токи не рекомендуется.

Рубильники применяются только в установках с напряжением до 500 — 600 в. Рубильники, как правило, должны быть закрыты защитным кожухом или установлены за щитом, как это и показано на рис. 2-8.

В современных установках вместо рубильников часто ставятся более совершенные выключатели (рис. 2-9).

Теоретические основы электротехники - примеры с решением заданий и выполнением задач

В установках высокого напряжения (тысячи, десятки или даже сотни тысяч вольт) выключение тока производится посредством масляных выключателей – «масляников» (рис. 2-10). В них разрыв цепи тока производится в жидком минеральном масле, являющемся прекрасным изолятором. Такие выключатели могут разрывал цепь, когда в ней течет ток в тысячи ампер. Масляные выключатели имели одно время повсеместное распространение как единственные прерыватели токов высокого напряжения. Однако они обладают большими недостатками: например, масло способно воспламеняться под длительным действием электрической искры (или электрической дуги). Поэтому за последние 10—15 лет стало широко применяться особые конструкции мощных выключателей с воздушным дутьем (рис 2-11).

Теоретические основы электротехники - примеры с решением заданий и выполнением задач

Кроме выключателей, в сетях высокого напряжения бывают установлены разъединители (рис. 2-12).Она служат для производства переключений и разъединении проводов только тогда, когда в цепи нет тока.

При попытке отключить разъединителем провода, когда по ним проходит ток, между его концами может образоваться большая искра, переходящая в дугу, соединяющую концы разорванной цепи проводов. Горение такой дуги может причинить серьезные повреждения.

Потребитель. Рассмотрим теперь ту часть схемы, которую мы называем потребителем или нагрузкой, В нашем схеме (рис. 2-1) в качестве потребителя показаны лампы накаливания,

Когда цепь тока замыкается через тонкую нить лампы, эта нить накаливается и начинает светиться. Для того чтобы предотвратить сгорание нити, ее заключают в стеклянную колбу, внутри которой нет кислорода, необходимого для всякого горения.

Будет интересно➡  Фантомное питание для микрофона: схема подключения

В современных лампах не ограничиваются удалением кислорода и других вредных газов, а заполняют колбы азотом или аргоном, т, е, газами, неспособными поддерживать горение. Если лампочка в конце концов перегорает, то это происходит от распыления металлического волоска под влиянием электрических сил или же вследствие его поломки.

Электрическое освещение было изобретено и впервые применено в России. Еще в 1802 г. акал В. В. Петров сделал такое открытие замыкая цепь мощных (по тем временам) гальванических элементов, он наблюдал возникновение пламени (электрическая дуга) между соприкасающимися, а потом слегка раздвигаемыми углями.

Он так описывал свое наблюдение «.. является между ними (между углями) весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медленнее загораются и от которого темный покой (комната) довольно ясно освещен быть может».

В 1876 г. русский изобретатель П. Н. Яблочков применил дугу Петрова для электрического освещения. Электрические свечи Яблочкова получили широкое применение, и за границей электрическое освещение назвали «русским светом» (рис. 2-13).

Лампа накаливания также была изобретена русским инженером А. Н. Лодыгиным (в 1874 г.); первоначально в ней применялась угольная нить, накаливаемая током.

Теоретические основы электротехники - примеры с решением заданий и выполнением задач

Энергия и мощность в электротехнике

Электрика для начинающих даёт разъяснения терминов энергии и мощности. Эти характеристики напрямую связаны с законом Ома. Энергия может перетекать из одной в другую форму. То есть она может быть ядерной, механической, тепловой и электрической.

В динамиках звуковых устройств потенциал электрического тока преобразовывается в энергию звуковых волн. В электродвигателях токовый энергопоток превращается в механическую энергию, которая заставляет вращаться ротор мотора.

Любые электрические устройства потребляют нужное количество электроэнергии в течение определённого временного промежутка. Количество потреблённой энергии в единицу времени является мощностью потребителя электричества. Более подробное толкование мощности можно найти в главах учебного пособия, посвящённых электромеханике для начинающих.

Мощность определяют по формуле:

N = I x U.

Измеряется этот параметр в ваттах. Единица измерения мощности Ватт означает, что ток силой в один Ампер перемещается под напряжением 1 Вольт. При этом сопротивление проводника равно 1-му Ому. Такая трактовка характеристики тока наиболее понятна для начинающих постигать основы электричества.

Безопасность и практика

Основы электротехники для начинающих делают особое ударение на правилах техники безопасности. Их несоблюдение на практике порой может стать причиной получения электротравм и повреждения имущества. Для новичков в электротехнике надо следовать четырём основным требованиям ТБ.

Четыре правила техники безопасности для новичков:

  1. Перед работой с каким-либо устройством или оборудованием следует ознакомиться с его документацией. Все руководства по эксплуатации имеют раздел безопасности. В нём описаны опасные действия, которые могут вызвать короткое замыкание или удар электрическим током.
  2. Прежде, чем приступать к работе с электротехническими устройствами или электропроводкой, нужно отключить электричество. Затем произвести осмотр состояния изоляции проводников. Если обнаружено нарушение изоляционного покрытия, то оголённую часть проводников надо покрыть отрезком изоляционной ленты.
  3. При работе с проводкой и оборудованием под напряжением бытовой электросети надо использовать диэлектрические перчатки, защитные очки и обувь на толстой резиновой подошве. В электрораспределительных шкафах, щитах и электроустановках новичкам вообще делать нечего. Ими занимаются квалифицированные электрики, которые имеют допуск к работе под напряжением.
  4. Ни в коем случае нельзя касаться оголённых проводников руками. Для этого есть отвёртки-пробники, мультиметры и другие электроизмерительные приборы. Только убедившись в отсутствии напряжения, можно касаться проводов.

Что еще нужно знать электрику — рекомендации, советы, правила

Здесь мы узнаем некоторые правила, которые облегчат дальнейшую работу. Какие-то из них ближе к советам и хитростям, но некоторые знать и выполнять обязательно.

В первую очередь мы вспомним закон Ома, который поможет нам рассчитать силу тока и подобрать подходящее сечение провода. Формулировка закона выглядит так: «сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению», что в переводе на русский звучит как » чем выше напряжение, тем выше ток, но при увеличении сопротивления ток понижается» и выражается формулой I=U/R, где I — сила тока, U — напряжение и R — сопротивление. Знание этой формулы облегчит нам выбор подходящего сечения провода.

Закон Ома
Закон Ома

Еще из полезного — немного о проводах. В последнее время в провода однофазной сети часто добавляют третий, заземляющий, провод. Так вот, земля всегда желтого цвета с зеленой полоской. Ее сложно отлить от нуля при помощи индикатора или тестера, но очень легко это сделать по цветовой маркировки. Добавлю к сказанному, что нуль принято подключать на провод синего цвета.

А это правило следует запомнить и всегда выполнять. Нередко провода соединяют методом скрутки, это принятая практика и, в принципе, вполне допустимо. Но есть один нюанс — скручивать между собой допустимо лишь провода из однородных металлов (к примеру медь с медью). При скручивании меди с алюминием, в месте скрутки со временем появляется оксидная пленка, что ведет к повышению сопротивления и возможному возгоранию.

При скручивании меди с алюминием, в месте скрутки со временем появляется оксидная пленка
При скручивании меди с алюминием, в месте скрутки со временем появляется оксидная пленка

Магнитные свойства электрического тока были отрыты случайно в 1820 г. датским физиком Гансом Христианом Эрстедом (не путать с Андерсеном). В результате одного из опытов он заметил, что проводник, по котором протекает, отклоняет магнитную стрелку. Узнав об этом открытии, Франсуа Араго, делает о нем устное заявление на заседании Французской Академии. В результате опытов, члены Академии выводят законы электромагнетизма, которые в дальнейшем будут взяты за основу при создании современных электромагнитных приборов (электродвигатели, трансформаторы, генераторы. Даже радиоволны по своей сути — это электромагнитное излучение сверхвысокой частоты).

Вот мы и разобрались немного с основами электротехники (скажу более — некоторые места были посвящены даже радиотехнике), которая на поверку оказалась вовсе не такой непонятной и запутанной. Теперь получив необходимый багаж знаний, можно продолжать двигаться в этом направлении дальше. Тут главное — побольше уверенности!

Советы начинающим

Чтобы получить начальное представление об электричестве и принципах работы устройств с его применением, рекомендуется пройти специальный курс или изучить пособие «Электротехника для начинающих». Подобные материалы разработаны специально для тех, кто пытается с нуля освоить данную науку и получить необходимые навыки для работы с электрооборудованием в быту.

Советы начинающим электрикам

В пособии и видеоуроках подробно рассказывается, как устроена электрическая цепь, что такое фаза, а что такое ноль, чем отличается сопротивление от напряжения и силы тока и так далее. Отдельное внимание уделяется технике безопасности, чтобы избежать травм при работе с электроприборами.

Конечно, изучение курсов или чтение пособий не позволит стать профессиональным электриком или электромонтером, но решить большинство бытовых вопросов по итогам освоения материала будет вполне по силам. Для профессиональной работы требуется уже получение специального допуска и наличие профильного образования. Без этого выполнять должностные обязанности запрещается различными инструкциями. Если же предприятие допустит человека без необходимого образования к работе с электрооборудованием, и он получит травму, руководитель понесет серьезное наказание, вплоть до уголовного.

Предыдущая
ТеорияЗакон электромагнитной индукции
Следующая
ТеорияПонятие фидера в электрике и его роль в электроэнергетике
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Electroinfo.net  онлайн журнал
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять