Курсовая работа по ТОЭ

Линейные электрические цепи

Физические законы в электротехнике

Электромагнитное поле

Электромагнитное поле представляет собой особый вид материи. Как вид материи оно обладает массой, энергией, количеством движения, может превращаться в вещество и наоборот.

Электромагнитное поле имеет две составляющие - электрическую и магнитную - и в каждой точке пространства определяется двумя векторными величинами:

а) вектором напряженности электрического поля `Е [ В/м],

б) вектором напряженности магнитного поля `Н [А/м].

  Следует помнить, что в природе существует единое электромагнитное поле, а отдельные его стороны - электрическое поле или магнитное поле – могут проявляться независимо друг от друга только в частных случаях при определенных условиях.

Математические  уравнения, описывающие физические процессы в переменном электромагнитном поле, называются уравнениями Максвелла: 

Из приведенных уравнений следует, что каждая из сторон электромагнитного поля одновременно является и причиной и следствием другой стороны, что говорит о единстве этих сторон.

Электромагнитное поле, как носитель энергии, является той средой, посредством которой осуществляется передача энергии от источников энергии (электростанций)  к приемникам энергии (промышленным предприятиям, жилым домам и т.д.), при этом в передаче энергии участвуют в равной мере обе его стороны.

2. Электрический ток. 1-й закон Кирхгофа

Из физики известно о существовании трех родов электрического тока: проводимости, переноса и смещения.

Электрическим током проводимости  называется направленное движение свободных зарядов qсв, какими являются электроны в металлах, положительные и отрицательные ионы в электролитах :

-ток проводимости [A] ;

– плотность тока проводимости [A/м2] .

 

Ток проводимости связан с плотностью тока уравнением:

Ток проводимости возникает в проводящей среде под воздействием электрического поля: `dпр= g`Е, где g - удельная проводимость среды [Cм/м] .

Электрическим током переноса называется направленное движение заряженных частиц qзч, движущихся в свободном пространстве. Математически ток переноса описывается аналогичными с током проводимости уравнениями:

 .

Электрическим током смещения называется явление направленного движения связанных зарядов в результате поляризации диэлектрика и явление изменения во времени электрического поля:

,

.

Ток смещения может существовать в пустоте (). Рассмотрим некоторую замкнутую поверхность S , внутрь которой втекают ток проводимости iпр и ток переноса iпер (рис. 1).

При увеличении заряда внутри объема q=qсв+qзч будет усиливаться электрическое поле на поверхности S. По теореме Гаусса:

Продифференцируем обе части этого уравнения по переменной t:

;

,

откуда следует вывод, что iсм= - iпр – iпер или iпр+iпер+iсм= 0.

Сумма токов всех родов, протекающих сквозь любую замкнутую поверхность, равна нулю. Если замкнутую поверхность S разбить на отдельные участки S1, S2, ..., Sn, то

S = S1+S2+...+Sn и соответственно i = i1+i2+....+in=0 .

Рассмотрим узел электрической цепи, т. е. точку, в которой сходятся не менее трех проводов (ветвей) этой цепи (рис. 2). Окружим узел замкнутой поверхностью S . Токи, протекающие по проводникам (i1 , i2 , i3), называются токами проводимости. Через свободную поверхность диэлектрика будет протекать ток смещения   На промышленной частоте 50 Гц ток

 


смещения несоизмеримо меньше тока проводимости  (iсм<< iпр ) и в инженерных расчетах им можно пренебречь. Таким образом, можно считать, что алгебраическая сумма токов проводимости в узле электрической цепи равна нулю:

åi = i1 – i2 – i3 = 0 .

Указанное положение в электротехнике получило название 1-го закона Кирхгофа.

Основные понятия.Законы Ома,Дж.Ленца и Кирхгофа при анализе цепей. Ток, протекающий через сопротивление R, пропорционален падению напряжения на сопротивлении и обратно пропорционален величине этого сопротивления Падением напряжения на сопротивлении называется произведение тока, протекающего через сопротивление, на величину этого сопротивления.
Электрические цепи переменного синусоидального тока