Тема 1.2. Электрические цепи постоянного тока

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 8Следующая ⇒

Электрический ток в металлах, его направление. Источники питания. Электрическая цепь, основные ее элементы, условные обозначения, применяемые на схемах. Сила и плотность тока, единицы их измерения. Электродвижущая сила источника и напряжение на его элементах. Энергия и мощность электрической цепи, баланс мощностей. Закон и Ома для участка цепи. Электрическое сопротивление и проводимость. Удельное сопротивление и удельная проводимость. Резистор. Зависимость сопротивления от температуры. Закон Ома для всей цепи. Режим работы цепи: холостой ход, короткое замыкание, переменная нагрузка.

Преобразование электрической энергии в теплоту. Закон Джоуля - Ленца. Нагрев проводов. Предельно допустимый (номинальный) ток в проводе. Плавкие предохранители. Выбор сечения провода в зависимости от допустимого тока. Основные проводниковые материалы.

Последовательное, параллельное и смешанное соединение резисторов. Потеря напряжения в проводах линий электропередачи и допустимые ее значения. Первый закон Кирхгофа. Второй закон Кирхгофа, его применение. Понятие о расчете сложных цепей. Работа источника в режиме генератора и потребителя.

Лабораторная работа № 1

Изучение особенностей и закономерностей изменения тока и напряжения при последовательном и параллельном соединении резисторов.

Лабораторная работа № 2

Исследование работы линии электропередачи, расчет потерь напряжения и мощности в проводах

Литература. [2] (§2, 1, 2.17, 2.19); [31, [4] (задачи 2.1, 2.3, 2.4, 2.7, 2.16, 2.25, 2.28, 2.30, 2.42, 2.44, 2.51, 2.55, '2.67, 2.74).

Задачи и вопросы для самопроверки

1.Что называют электрическим током? Укажите его направление во внешней и внутренней цепях источника электрической энергии.

2. Приведите примеры источников электрического тока, в которых механическая и химическая энергия превращается в электрическую.

3. Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока, выключателя, предохранителей и двух ламп, включенных параллельно. Что произойдет в цепи при перегорании одной лампы?

4.Дайте определение электродвижущей силы источника, напряжения на зажимах и внутреннего падения напряжения. Чему равны эти величины, если в цепи проходит ток 2 А через внутреннее сопротивление 0, 5 Ом и внешнее сопротивление 9, 5 Ом? О т в е т: 20 В, 19 В, 1 В.

5. Имеются два источника тока с сопротивлениями 0, 1 и 0, 5 Ом. Какой из них нужно выбрать, чтобы изменение тока нагрузки в меньшей степени сказывалось на значении напряжения на его зажимах?

6. Напишите закон Ома для всей цепи и для одного ее участка: внешнего и внутреннего.

7. Можно ли считать, что напряжение на концах какого-либо резистора одновременно является падением напряжения в нем?

8. Напишите формулы для определения сопротивления проводника через его удельное сопротивление и электрическую проводимость. Как изменится сопротивление проводника при одновременном увеличении его длины в четыре раза, а диаметра в два раза? Ответ: останется прежним.

9. Для определения длины медного провода катушки к ней приложили напряжение 4 В и измерили ток в цепи, который оказался равным 0, 5 А, диаметр провода 0, 8 м. Найдите длину провода, если проводимость меди 53 м/(Ом·мм²). Ответ: 213 м.

10. Напишите формулы для определения мощности, теряемой в резисторе сопротивлением; через квадрат тока и сопротивление; квадрат напряжения и сопротивления; ток и напряжение.

11.Электрическая печь рассчитана на напряжение 220 В и ток 5 А. Какую энергию израсходует печь за 4 ч работы? Принимая стоимость 1 кВт-ч, равной 2 коп., определите стоимость израсходованной энергии. Ответ: 4, 4 кВт-ч; 8, 8 коп.

12.Какое явление называют коротким замыканием цепи? Как защитить цепь от тока короткого замыкания?

13.Напишите формулу для определения потери напряжения в проводах. Чему равен к. п. д. линии электропередачи напряжением 220 В, если в ней теряется 10 Вт? Ответ: 94, 5%.

14.Выведите формулы для определения общего сопротивления цепи в двух случаях: а) последовательно включены резисторы R₁, R₂, R₃, R₄; б) параллельно включены резисторы R₁, R₂, R₃.

15.Последовательно включены три резистора: R₁= 10 Ом; R₂= 15 Ом; R₃= 6 Ом. Чему равно общее сопротивление цепи? Какое падение напряжения будет на третьем резисторе, если к цепи приложено напряжение, равное 62 В? Ответ: 31 Ом, 12 В.

16.Резисторы, указанные в предыдущем вопросе, соединили параллельно и включили в цепь с напряжением 60 В. Чему равно общее сопротивление цепи и ток во втором резисторе. Ответ: 3 Ом, 4 А.

17.Две лампы мощностью 200 и 25 Вт, рассчитанные на напряжение 127 В, соединили последовательно и включили в сеть с напряжением 220 В. Какой накал будет у каждой лампы? Ответ: напряжение на лампах? U₁ = 24 В, U₂ = 196В. Свечение лампы мощностью 200 Вт практически отсутствует.

18.Напишите формулы для э.д.с. источника, работающего в режиме потребителя и в режиме генератора. Какие направления в этих случаях имеют э.д.с. и ток в линии?

19.Сформулируйте второй закон Кирхгофа для замкнутого контура с несколькими э.д.с. Как в этом случае определяется знак каждой э.д.с?

20.Какую цепь называют сложной? Какие законы используют для ее расчета?

21.Сложная цепь содержит четыре узла и пять ветвей. Сколько уравнений для ее расчета нужно написать на основании первого и второго законов Кирхгофа? О т в е т: 3 по первому и 2 по второму законам Кирхгофа.

22.Определите напряжение на нагрузке при питании ее четырьмя последовательно соединенными источниками с э.д.с, равной 6 В, и внутренним сопротивлением 20 Ом каждый, если ток в цепи равен 0, 1 А. Ответ: 16 В.

23.Напишите формулы для определения э.д.с. батареи и ее внутреннего сопротивления при последовательном и параллельном соединениях источников.

Тема 1.3. Электромагнетизм

Магнитное поле и его характеристики. Закон полного тока. Взаимодействие магнитного поля и проводника с током. Электромагнитная сила. Ферромагнитные вещества и их намагничивание. Кривые намагничивания. Явление гистерезиса. Потери энергии при гистерезисе. Магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Материалы с прямоугольной петлей гистерезиса, их использование в измерительной и счетно-решающей технике.

Магнитная цепь. Электромагниты, их практическое применение. Упрощенный расчет электромагнита. Электромагнитная индукция. Электродвижущая сила, индуцированная в контуре при изменении магнитного потока, сцепленного с контуром (формулировка Максвелла). Правило правой руки. Закон Ленца. Преобразование механической энергии в электрическую. Преобразование электрической энергии в механическую. Самоиндукция. Электродвижущая сила самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Взаимная индукция. Взаимная индуктивность. Вихревые токи, их практическое значение.

Литература. [2] (§3, 1 – 3, 18); [4] (задачи 3.1, 3.6, 3.8, 3.14 - 3.17).

Задачи и вопросы для самопроверки

1. Что называют магнитным полем? Начертите магнитное поле вокруг прямолинейного проводника с током, кольцевого тока и катушки с током.

2. Приведите определение основных магнитных величин и их единиц измерения: индукции, магнитного потока, напряженности, абсолютной магнитной проницаемости, магнитной проницаемости, намагничивающей силы.

3. Определите магнитный поток в магнитопроводе, поперечное сечение которого равно 2·10^-4 м², а магнитная индукция 0, 8 Тл. Ответ: 1, 6·10^-4 Вб.

4. При внесении в магнитное поле стального бруска магнитная индукция в нем оказалась в 500 раз больше магнитной индукции, создаваемой тем же полем в воздухе. Чему равна абсолютная магнитная проницаемость стального бруска? Ответ: 6, 28·10^-4 Гн/м.

5. Выведите формулу для определения напряженности магнитного поля на осевой линии кольцевой катушки.

6. Напишите формулу, связывающую магнитную индукцию, напряженность и абсолютную магнитную проницаемость.

7. На расстоянии 20 м от проводника с током магнитная индукция в воздухе равна 2·10^-7 Тл. Чему равен ток в проводнике? О т в е т: 20 А. См. формулу (3.9) на с. 78 учебника Попова.

8. Определите индукцию магнитного поля, если на помещенный в поле проводник длиной 1 м с сопротивлением 10 Ом, присоединенный к источнику с напряжением на зажимах 50 В, действует сила 0, 5 Н. Ответ: 0, 1 Тл.

9. От каких величин зависит электромагнитная сила, действующая на проводник с током в магнитном поле? Как определить направление этой силы? В каких единицах выражают все величины входящие в формулу для электромагнитной силы?

10. Как формулируют и записывают математически закон полного тока?

И. Определите напряженность магнитного поля, создаваемого катушкой, имеющей 100 витков, если через нее проходит ток 15 А, а длина средней силовой линии магнитного поля 2 м. Ответ: 750 А/м.

12.Какое разрывающее усилие действует на каждый метр алюминиевой оболочки двухжильного кабеля, если по его жилам, находящимся на расстоянии 10 мм друг от друга, проходит ток, равный 200 А? Магнитная проницаемость изоляции жил равна 1, 0. Ответ: 0, 8 Н/м.

13.В чем сущность намагничивания ферромагнитных материалов? Начертите начальную кривую намагничивания стали. Почему ее последний участок называют участком магнитного насыщения?

14. Какой характер имеет петля гистерезиса для магнитомягких и магнитотвердых материалов? Как зависят потери на гистерезис от площади петли?

15.Опишите порядок расчета магнитной цепи, если заданы ее размеры и магнитный поток или индукция.

16.На стальном магнитопроводе помещена обмотка с числом витков, равным 800. Определите напряженность магнитного поля, если ток в обмотке равен 2 А, а длина средней магнитной линии составляет 0, 2 м, Ответ: 8000 А/м.

17.Сформулируйте принцип электромагнитной индукции. Почему при движении проводника в магнитном поле происходит разделение зарядов в проводнике?

18.Как определить значение и направление э.д.с, наведенной в проводнике, движущемся в магнитном поле?

19.Самолет с размахом крыльев 20 м летит горизонтально со скоростью 1800 км/ч. Определите индукцию магнитного поля Земли (ее вертикальную составляющую), если разность потенциалов между концами крыльев равна 0, 5 В. Ответ: 5·10^-5 Тл.

20.Сформулируйте закон Ленца.

21.Выведите формулу для определения э.д.с. в контуре при его перемещении в магнитном поле. О чем говорит знак минус в этой формуле?

22.Определите э.д.с.в катушке с числом витков 250, если пронизывающий ее магнитный поток растет со скоростью 0, 01 Вб/с. Ответ: - 2, 5 В.

23.Поясните сущность явления самоиндукции. От каких факторов зависит э.д.с. самоиндукции? Какое направление имеет она при возрастании и убывании тока в цепи?

24.Найдите э.д.с. самоиндукции в обмотке с индуктивностью 0, 1 Гн. если ток в обмотке равномерно возрастает со скоростью 20 А/с. Ответ: -2 В.

25.Поясните принцип возникновения вихревых токов в стальных магнитопроводах электрических машин и трансформаторов, Какое влияние оказывают эти токи на работу машин?

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 Следующая ⇒