Sähkövirta, virrantiheys, sähköjännite, energia virran kulkiessa, sähkövirran teho
• Sähkö
  Sähkövirta on ilmiö, jossa sähkövaraukset liikkuvat järjestyneinä. Sähkövirran suunnaksi katsotaan positiivisten varausten liikesuunta.

  Sähkövirran kaava:
  
  Sähkövirta mitataan ampeereina. SI: A.
  Sähkövirta ilmoitetaan latinalaisin kirjaimin i tai minä. Symboli se) tarkoittaa virran "hetkellistä" arvoa, ts. minkä tahansa tyyppistä virtaa milloin tahansa. Tietyssä tapauksessa se voi olla vakio tai muuttuva.
  
  Iso latinalainen kirjain minä Yleensä näytetään vakiovirta-arvo.
  Missä tahansa haarautumattoman sähköpiirin osassa virtaa samansuuruinen virta, joka on suoraan verrannollinen osan päissä olevaan jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen sen vastukseen. Nykyinen arvo määräytyy Ohmin lain mukaan:
  1) DC-piirille
  2) AC-piirille,
  Missä U- Jännite, SISÄÄN;
  R- ohminen vastus, Ohm;
  Z- kokonaisvastus, Ohm.
  Johtimen ohminen vastus:
  ,
  Missä l- johtimen pituus, m;
  s- poikkileikkaus, mm 2;
  ρ - vastuskyky, (Ohm mm2)/m.
  Ohmisen vastuksen riippuvuus lämpötilasta:
  Rt = R 20,
  Missä R 20- vastus klo 20°C, Ohm;
  Rt- vastus klo t°C, Ohm;
  α - lämpötilavastuskerroin.
  AC-piirin impedanssi:
  ,
  missä on aktiivinen vastus, Ohm;
  - induktiivinen reaktanssi, Ohm;
  - induktanssi, Gn;
  -kapasitanssi, Ohm;
  -kapasiteetti, F.
  Aktiivinen vastus on suurempi kuin ohminen vastus R:
  ,
  missä on kerroin, joka ottaa huomioon resistanssin kasvun vaihtovirralla riippuen: virran taajuudesta; magneettiset ominaisuudet, johtavuus ja johtimen halkaisija.
  Teollisilla taajuuksilla, ei-teräsjohtimille, ne hyväksytään ja harkitaan.

• Nykyinen tiheys
  Nykyinen tiheys ( j) on virta, joka lasketaan poikkipinta-alayksikköä kohti ( s)
  .
  Virrantiheyden jakamiseksi tasaisesti ja sen kohdistamiseksi normaaliin pintaan, jonka läpi virta kulkee, virrantiheyskaava on seuraavanlainen:
  ,
  Missä minä- virran voimakkuus johtimen poikkileikkauksen läpi pinta-alalla s.
  SI: A/m 2
• Sähköjännite
  Kun virta kulkee, kuten mikä tahansa varausten liike, tapahtuu energian muuntumisprosessi. Sähköjännite on energiamäärä, joka on kulutettava siirtämään varausyksikkö pisteestä toiseen.
  Sähköjännitekaava:
  
  Sähköjännite on merkitty latinalaisella kirjaimella u. Symboli u(t) tarkoittaa "hetkellistä" jännitteen arvoa ja isolla latinalaiskirjaimella U Yleensä ilmoitetaan vakiojännite.
  Sähköjännite mitataan voltteina. SI: SISÄÄN.
• Energiaa, kun sähkövirta kulkee
  Kaava energialle, kun sähkövirta kulkee:
  
  SI: J
• Tehoa, kun sähkövirta kulkee
  Tehokaava, kun sähkövirta kulkee:
  
  SI: W.

Virtapiiri
• Virtapiiri- joukko laitteita, jotka on suunniteltu sallimaan sähkövirran kulkea niiden läpi.
  Näitä laitteita kutsutaan piirielementeiksi.
• Sähköenergian lähteet- laitteet, jotka muuttavat erityyppistä energiaa, kuten mekaanista tai kemiallista, sähköenergiaksi.
• Ihanteellinen jännitelähde- lähde, jonka päätejännite ei riipu sen läpi kulkevan virran suuruudesta.
  
  Ihanteellisen jännitelähteen sisäisen resistanssin voidaan tavanomaisesti olettaa olevan nolla.
• Ihanteellinen virtalähde- lähde, jonka läpi kulkevan virran suuruus ei riipu sen napojen jännitteestä.
  
  Tällaisen lähteen sisäisen resistanssin voidaan tavanomaisesti olettaa olevan yhtä suuri kuin ääretön.
• Vastaanotin on laite, joka kuluttaa energiaa tai muuntaa sähköenergian muun tyyppiseksi energiaksi.
• Kahden terminaalin verkko on piiri, jossa on kaksi liitäntänapaa (napaa).
• Ihanteellinen R-elementti (resistiivinen elementti, vastus)- tämä on passiivinen piirielementti, jossa tapahtuu peruuttamaton prosessi sähköenergian muuntamiseksi lämpöenergiaksi.
  Vastuksen pääparametri on sen vastus.
  
  Resistanssi mitataan ohmeina. SI: Ohm
  Johtavuus on vastavuoroisuuden vastavuoroisuus.
  .
  Johtavuus mitataan siemensillä. SI: cm.
  R-elementin tehokaava:
  .
  R-elementin energiakaava:
  .
• Ihanteellinen C-elementti (kapasitiivinen elementti tai kondensaattori)- tämä on passiivinen piirielementti, jossa tapahtuu prosessi, jossa sähkövirran energia muunnetaan sähkökentän energiaksi ja päinvastoin. Ihanteellisessa C-solussa ei ole energiahävikkiä.
  Kapasiteettikaava:
  . Esimerkkejä: , .
  Kapasitanssivirta:
  
  Kapasitanssijännite:
  .
  Kapasitiivisen elementin kommutointilaki. Rajallisen amplitudin virralla C-elementin varaus ei voi muuttua äkillisesti: .
  .
  Vakiokapasitanssilla kapasitiivisen elementin jännite ei voi muuttua äkillisesti: .
  C-kennon teho: .
  klo p > 0- energiaa varastoituu kun s< 0
  C-elementin energia:
  , tai
  .
  
  
  Kapasitanssi mitataan faradeina. SI: F.
• Ihanteellinen L-elementti (induktiivinen elementti tai induktori)- tämä on passiivinen elementti, jossa tapahtuu prosessi, jossa sähkövirran energia muunnetaan magneettikentän energiaksi ja päinvastoin. Ihanteellisessa L-elementissä ei ole energiahävikkiä.
  Lineaariselle L-elementille induktanssikaava ( L) näyttää:
  ,
  missä on vuon kytkentä.
  Induktanssi on merkitty kirjaimella ja sillä on vuon ja virran välisen suhteellisuuskertoimen rooli.
  Induktiivisen elementin jännite:
  .
  Virta induktiivisessa elementissä:
  .
  Induktiivisen elementin kommutaatiolaki.Äärillisen amplitudin jännitteellä vuon kytkentä ei voi muuttua äkillisesti: .
  .
  Vakioinduktanssilla induktiivisen elementin virta ei voi muuttua äkillisesti: .
  L-elementin teho: .
  klo p > 0- energiaa varastoituu kun s< 0 - energia palaa lähteeseen.
  L-elementin energia:
  , tai
  .
  Jos hetkellä , energia on 0, niin
  
  Induktanssi mitataan henrieinä. SI: Gn
  Esimerkki: .
• R, L, C— sähköpiirien passiiviset kaksinapaiset peruselementit.
  
  

Sähköpiirien peruslait
• Ohmin laki piiriosalle, joka ei sisällä EMF-lähdettä.
  Ohmin laki piiriosalle, joka ei sisällä EMF-lähdettä, määrittää suhteen virran ja jännitteen välille tässä osassa.
  
  Suhteessa tähän kuvioon Ohmin lain matemaattinen ilmaus on muotoa:
  , tai
  Tämä yhtäläisyys on muotoiltu seuraavasti: johtimen vakioresistanssilla sen jännite on verrannollinen johtimessa olevaan virtaan.
• Ohmin laki piiriosalle, joka sisältää EMF-lähteen
  Piirille
  
  
  .
  Piirille
  
  
  .
  Yleisesti
  .
• Joule-Lenzin laki. Energiaa vapautuu vastuksessa R kun virta kulkee sen läpi minä, on verrannollinen virran neliön ja vastuksen arvon tuloon:
  
• Kirchhoffin lait.
  Piirin topologia (rakenne).
  Sähkökaavio- sähköpiirin graafinen esitys.
  Haara- piirin osa, joka sisältää yhden tai useamman elementin, jotka on kytketty sarjaan ja suljettuna kahden solmun väliin.
  Solmu- ketjun piste, jossa vähintään kolme haaraa yhtyy. Solmut on numeroitu mielivaltaisesti, yleensä arabialaisilla numeroilla. Kaaviossa solmu voi olla merkitty pisteellä tai ei. Pääsääntöisesti niitä solmuja, joiden sijainti on ilmeinen (T-muotoiset yhteydet), ei ilmoiteta. Jos risteävät haarat muodostavat solmun, se osoitetaan pisteellä. Jos oksien leikkauskohdassa ei ole pistettä, solmua ei ole (johdot ovat päällekkäin).
  Piiri- suljettu polku, joka kulkee useiden haarojen läpi. Polut ovat itsenäisiä, jos ne eroavat toisistaan ​​ainakin yhdessä haarassa. Ääriviiva on osoitettu nuolella, jossa on ilmoitettu kulkusuunta ja roomalainen numero. Ohitussuunta valitaan mielivaltaisesti. Piirissä voi olla monia itsenäisiä piirejä, mutta kaikkia näitä piirejä ei tarvita riittävän määrän yhtälöiden muodostamiseksi ongelman ratkaisemiseksi.
  
  
  1) mihin tahansa piirisolmuun virtaavien virtojen algebrallinen summa on nolla:
  ;
  
  2) mihin tahansa solmuun virtaavien virtojen summa on yhtä suuri kuin solmusta virtaavien virtojen summa:
  . .
  Kirchhoffin toinen laki:
  1) minkä tahansa suljetun piirin jännitehäviöiden algebrallinen summa on yhtä suuri kuin emf:n algebrallinen summa samalla piirillä:
  
  2) jännitysten (ei jännitehäviöiden!) algebrallinen summa missä tahansa suljetussa piirissä on nolla:
  . .
• Kirchhoffin yhtälöiden matriisimuoto:
  ,
  Missä A, SISÄÄN- kertoimet virtojen ja jännitteiden järjestyksessä p x p (s- piirihaarojen lukumäärä; q- piirin solmujen lukumäärä);
  minä, E- tuntemattomat virrat ja annettu EMF
  Matriisielementit A ovat Kirchhoffin ensimmäisen ja toisen lain mukaan laadittujen yhtälöiden vasemmalla puolella olevien virtojen kertoimet. Matriisin ensimmäiset rivit A sisältävät kertoimia virroille yhtälöissä, jotka on laadittu Kirchhoffin ensimmäisen lain mukaan, ja niissä on alkiot +1, -1, 0 riippuen etumerkistä, jolla annettu virta tulee yhtälöön.
  Seuraavien matriisirivien elementit A ovat yhtä suuria kuin vastusarvot vastaavilla virroilla yhtälöissä, jotka on laadittu Kirchhoffin toisen lain mukaan, vastaavalla merkillä. Matriisielementit SISÄÄN ovat yhtä suuria kuin Kirchhoffin lakien mukaan laadittujen yhtälöiden oikealla puolella olevat EMF:n kertoimet. Matriisin ensimmäisillä riveillä on nolla alkiota, koska Kirchhoffin ensimmäisen lain mukaan kirjoitettujen yhtälöiden oikealla puolella ei ole emf:ää. Loput rivit sisältävät elementtejä +1, -1 riippuen merkistä, jolla EMF sisältyy yhtälöön, ja 0, jos EMF ei sisälly yhtälöön.
  Kirchhoffin lakien mukaan laadittu yhtälöiden yleinen ratkaisu:
  ,
  Missä — johtavuusmatriisi.
  .
  Virtaukset jokaisessa haarassa:
  ;
  ;
  
  .
Sähköpiirien toimintatavat
• Sähköpiirielementin nimellinen toimintatila- tämä on tila, jossa se toimii nimellisparametreilla.
• Sovittu tila- Tämä on tila, jossa lähteen toimittamalla tai vastaanottimen kuluttamalla teholla on enimmäisarvo. Tämä arvo saadaan tietyllä sähköpiirin parametrien suhteella (koordinaatiolla).
• Lepotila- Tämä on tila, jossa sähkövirtaa ei kulje lähteen tai vastaanottimen läpi. Tässä tapauksessa lähde ei vapauta energiaa piirin ulkoiseen osaan, eikä vastaanotin kuluta sitä. Moottorille tämä on tila ilman mekaanista kuormitusta irtotavarana.
• Oikosulkutila- tämä on tila, joka tapahtuu, kun lähteen tai passiivisen elementin eri liittimet sekä sähköpiirin osa, joka on jännitteinen, on kytketty toisiinsa.
DC-sähköpiirit
• Jos virta on vakio, itseinduktio-ilmiötä ei ole jännite kelan yli on nolla:
  , koska
• Tasavirta ei kulje kapasitanssin läpi.
• - Tämä on yhden lähteen piiri, jossa on sarja-, rinnakkais- tai sekaliitäntä vastaanottimia.
  
  Kun kytket vastaanottimia sarjaan:
  I×R ekv;
  R eq =ΣRi.
  Kun vastaanottimet kytketään rinnan, kaikkien vastaanottimien jännite on sama.
  Ohmin lain mukaan kunkin haaran virrat ovat:
  .
  Kirchhoffin ensimmäisen lain mukaan kokonaisvirta on:
  E×G ekv;
  G eq = G 1 + G 2 +… + G n; R ekv = 1/G ekv.
  Sekaliitännälle:
  R eq =.
• Silmukkavirtamenetelmä.
  Menetelmä perustuu Kirchhoffin toisen lain soveltamiseen ja mahdollistaa ratkaistavien yhtälöiden määrän vähentämisen monimutkaisten järjestelmien laskennassa.
  Toisistaan ​​riippumattomissa piireissä, joissa jokaiselle piirille sisältyy vähintään yksi haara vain tähän piiriin, otetaan huomioon ehdolliset piirivirrat piirin kaikissa haaroissa.
  Silmukkavirroilla, toisin kuin haaravirroilla, on seuraavat indeksit: tai
  Yhtälöt on koottu Kirchhoffin toisen lain mukaisesti silmukkavirroille.
  Haaravirrat ilmaistaan ​​silmukkavirroilla Kirchhoffin ensimmäisen lain mukaan.
  Valittujen ääriviivojen ja ratkaistujen yhtälöiden lukumäärä on yhtä suuri kuin Kirchhoffin toisen lain mukaan laadittujen yhtälöiden lukumäärä: .
  Kunkin piirin kaikkien resistiivisten elementtien resistanssien summa plusmerkillä on piirin virran kerroin ja sillä on seuraavat indeksit: tai
  Vierekkäisten piirien virran kertoimen etumerkki riippuu vierekkäisten piirien virtojen suunnan yhteensattumisesta tai epäsopista. EMF syöttää yhtälöön plusmerkillä, jos EMF:n suunnat ja piirivirran suunta ovat samat. .
• Solmupotentiaalimenetelmä.
  Menetelmä perustuu Kirchhoffin ensimmäisen lain soveltamiseen ja mahdollistaa ratkaisevien yhtälöiden määrän pienentämisen, kun etsitään tuntemattomia virtoja. Yhtälöitä laadittaessa yhden piirisolmun potentiaali otetaan nollaksi ja haaravirrat ilmaistaan ​​muiden piirisolmujen tuntemattomien potentiaalien kautta ja niille kirjoitetaan yhtälöt Kirchhoffin ensimmäisen lain mukaan. Yhtälöjärjestelmän ratkaiseminen mahdollistaa tuntemattomien potentiaalien määrittämisen ja niiden kautta haaravirtojen löytämisen.
  Kun http:="" title="U_(12)=(sum(i=1)(m)(E_i/R_i))/(sum(i=1)(n)(1/R_i) )=(summa(i=1)(m)(E_i*G_i))/(summa(i=1)(n)(G_i))">.!}
  .
• Suhteellisen suuruuden menetelmä.
  Menetelmällä etsitään tuntemattomia virtoja resistiivisten elementtien ketjukytkennästä sähköpiireissä, joissa on yksi lähde. Virrat ja jännitteet sekä piirin tunnettu EMF ilmaistaan ​​lähteestä kauimpana olevan haaran virran kautta. Ongelmana on ratkaista yksi yhtälö ja yksi tuntematon.
• Voiman tasapaino
  Energian säilymislain mukaan sähköenergian lähteiden kehittämän tehon tulee olla yhtä suuri kuin teho, joka muunnetaan sähköenergian muun tyyppiseksi energiaksi piirissä:
  .
  — lähteiden kehittämien valmiuksien summa;
  — kaikkien vastaanottimien tehojen ja lähteiden sisällä tapahtuvien palautumattomien energiamuunnosten summa.
  Tehotase laaditaan löydetyn ratkaisun oikeellisuuden tarkistamiseksi. Tässä tapauksessa energialähteiden piiriin tuomaa tehoa verrataan kuluttajien käyttämään tehoon.
  Tehokaava yhdelle vastukselle:
  
  Kuluttajien kokonaisteho:
  P P=
  Virran lähde:
  P-lähde = P E + P J,
  Missä P E = ±EI- EMF-lähteen teho (määritetään kertomalla sen EMF tietyssä haarassa kulkevalla virralla. Virta otetaan laskennan tuloksena saadulla merkillä. Tuotteen eteen laitetaan miinus, jos suunta virta ja EMF eivät täsmää kaaviossa);
  PJ = JUJ— virtalähteen teho (määritetään kertomalla lähdevirta sen yli kulkevalla jännitehäviöllä).
  Voit määrittää UJ:n valitsemalla minkä tahansa virtalähteen sisältävän piirin. Osoita pudotusta U J piiriin lähdevirtaa vastaan ​​ja kirjoita silmukkayhtälö. Kaikki määrät paitsi U J, tässä yhtälössä ovat jo tiedossa, mikä mahdollistaa jännitehäviön laskemisen U J.
  Tehon vertailu: P lähde = P P. Jos yhtäläisyys täyttyy, saldo on oikea ja nykyinen laskelma on oikea.
• Algoritmi piirin laskemiseksi Kirchhoffin lakien mukaan
  1. Piirrämme kaavioon satunnaisesti tuntemattomien virtojen numerot ja suunnat.
  2. Sijoitamme kaavioon satunnaisesti solmunumerot.
  3. Laadimme solmuyhtälöt mielivaltaisesti valituille solmuille (ensimmäisen lain mukaan).
  4. Merkitsemme ääriviivat kaavioon ja valitsemme ohjeet niiden kiertämiseksi.
  5. Määrättyjen ääriviivojen määrä on yhtä suuri kuin Kirchhoffin toisen lain mukaan laadittujen yhtälöiden lukumäärä. Tässä tapauksessa yksikään piireistä ei saa sisältää haaraa virtalähteellä.
  6. Muodostamme ääriviivayhtälöt valituille ääriviivoille (toisen lain mukaan).
  7. Yhdistämme kootut yhtälöt systeemiksi. Siirrämme tunnetut suureet yhtälöiden oikealle puolelle. Syötetään haluttujen virtojen kertoimet matriisiin A(yhtälöiden vasen puoli) (lue matriiseista). Matriisin täyttäminen F, syöttämällä siihen yhtälöiden oikeat puolet.
  8. Ratkaisemme tuloksena olevan yhtälöjärjestelmän ().
  9. Tarkistamme ratkaisun oikeellisuuden laatimalla tehotasapainon.
     Esimerkki: .
AC sähköpiirit
• Sinimuotoisen virran sähköpiiri on sähköpiiri, jossa EMF, jännitteet ja virrat vaihtelevat sinimuotoisen lain mukaan:
  
• Vaihtovirta on virta, jonka suuruus ja suunta muuttuvat ajoittain ja jolle on tunnusomaista amplitudi, jakso, taajuus ja vaihe.
• AC-virran amplitudi on suurin vaihtovirran hyväksymä arvo, positiivinen tai negatiivinen.
• Kausi- tämä on aika, jonka aikana johtimessa tapahtuu virran täydellinen värähtely.
• Taajuus on jakson käänteisluku.
• Vaihe on kulma tai sinimerkin alla. Vaihe kuvaa vaihtovirran tilaa ajan kuluessa. klo t=0-vaihetta kutsutaan alkuvaiheeksi.
• Jaksottainen tila: . Tämä tila voidaan luokitella myös sinimuotoiseksi:
  ,
  missä on amplitudi;
  - alkuvaihe;
  — generaattorin roottorin pyörimiskulmanopeus.
  klo f= 50 Hz rad/s.
• Sinimuotoinen virta- tämä on virta, joka muuttuu ajan myötä sinimuotoisen lain mukaan:
  .
• Sinivirran (EMF, jännite) keskiarvo, kaava:
  ,
  eli sinimuotoisen virran keskiarvo on yhtä suuri kuin amplitudi yksi. Samoin
  .
• Sinivirran tehollinen arvo (EMF, jännite), kaava:
  . Samoin
  .
• Sinivirralla yhdessä jaksossa vapautuvan lämmön määrä, kaava:
  .
  Sinivirran tehollinen arvo minä on numeerisesti yhtä suuri kuin sellaisen tasavirran arvo, joka sinivirran jaksoa vastaavassa ajassa vapauttaa saman määrän lämpöä kuin sinivirta.
  =R×I viesti 2×T tai lähetän=minä=
• Sinimuotoisen virran huippukerroin (κ a) on sinivirran amplitudin suhde sinivirran teholliseen arvoon: .
• Sinimuotoisen virran muotokerroin (κ f) on sinivirran tehollisen arvon suhde sinivirran keskiarvoon puolen jakson aikana:
  κ f=.
  Ei-sinimuotoisille jaksollisille virroille κ a≠, κ f≠1.11. Tämä poikkeama osoittaa epäsuorasti, kuinka erilainen ei-sinimuotoinen virta on sinimuotoisesta.
Kattavan sähköpiirien laskentamenetelmän perusteet
• Mikä tahansa kompleksiluku voidaan esittää:
  a) algebrallisessa muodossa
  b) trigonometrisessa muodossa
  c) havainnollistavassa muodossa
  missä — Eulerin kaava;
  d) vektori kompleksitasolla,
  
  missä on kuvitteellinen yksikkö;
  — kompleksiluvun reaaliosa (vektorin projektio reaaliakselille);
  — kompleksiluvun imaginaariosa (vektorin projektio imaginaariakselille);
  — kompleksiluvun moduuli;
  — kompleksiluvun argumentin pääarvo.
  Ratkaistiin esimerkkejä kompleksilukujen operaatioista.
• Sinimuotoinen virta i .
• Monimutkainen virran amplitudi- kompleksiluku, jonka moduuli ja argumentti ovat vastaavasti yhtä suuria kuin sinimuotoisen virran amplitudi ja alkuvaihe:
  .
• Kompleksinen virta (kompleksinen tehollinen virta):
  
  
• Sinimuotoinen jännite u voidaan määrittää kompleksiluvulle .
• Monimutkainen jännitteen amplitudi- kompleksiluku, jonka moduuli ja argumentti ovat vastaavasti yhtä suuria kuin sinimuotoisen jännitteen amplitudi ja alkuvaihe:
  .
• Monimutkainen vastus:
  
  Aktiivinen vastustuskyky kompleksisessa muodossa ilmaistaan ​​positiivisena reaalilukuna.
  Reaktanssi monimutkaisessa muodossa ilmaistaan ​​imaginaarilukuina ja induktiivinen reaktanssi ( XL) on positiivinen ja kapasitiivinen ( X C) negatiivinen.
  Piiriosan impedanssi sarjaliitännällä R Ja X ilmaistaan ​​kompleksilukuna, reaaliosa on yhtä suuri kuin aktiivinen vastus ja imaginaariosa on yhtä suuri kuin tämän osan reaktanssi.
• Resistanssikolmio:
  
  
  
• Jännitekolmio:
  
  
  
  
• Voimakolmio:
  
  Täysi voima:
  Aktiivinen teho:
  Loisteho:
  
• Ohmin laki monimutkaisessa muodossa:
  .
• Kirchhoffin ensimmäinen laki monimutkaisessa muodossa:
  .
• Kirchhoffin toinen laki monimutkaisessa muodossa:
  .
Resonanssiilmiöt sähköpiireissä
Ihanteellinen aktiivinen resistanssi ei riipu taajuudesta, induktiivinen reaktanssi riippuu lineaarisesti taajuudesta, kapasitiivinen reaktanssi riippuu taajuudesta hyperbolisen lain mukaan:





• Jänniteresonanssi.
  Resonanssi sähköpiireissä on induktiivisia ja kapasitiivisia elementtejä sisältävän sähköpiirin osan tila, jossa jännitteen ja virran välinen vaihe-ero on nolla.
  Resonanssitila voidaan saada muuttamalla taajuutta ω syöttöjännite tai parametrien muuttaminen L Ja C.
  Kun kytketään sarjaan, esiintyy jänniteresonanssia.
  
  
  Virta piirissä on:
  
  Kun virtavektori osuu samaan vaiheeseen jännitevektorin kanssa:
  
  
  
  missä on jännitteen resonanssitaajuus, joka on määritetty ehdosta
  
  Sitten
  
  Sarjapiirin aalto- tai ominaisimpedanssi:
  
  Piirin laatutekijä on induktanssin tai kapasitanssin yli olevan jännitteen suhde tulon jännitteeseen resonanssitilassa:
  
  Piirin laatutekijä on jännitteen vahvistus:
  U Lres=Leikkasin X leikkaus=
  Teollisissa verkoissa jänniteresonanssi on hätätila, koska kondensaattorin jännitteen nousu voi johtaa sen rikkoutumiseen ja virran lisääntyminen voi johtaa johtojen ja eristyksen kuumenemiseen.
• Virtojen resonanssi.
  
  
  Virtaresonanssia voi esiintyä, kun reaktiiviset elementit on kytketty rinnan vaihtovirtapiireihin. Tässä tapauksessa: missä
  
  Sitten
  
  Resonanssitaajuudella johtavuuden reaktiiviset komponentit voivat olla suuruudeltaan vertailukelpoisia ja kokonaisjohtavuus on minimaalinen. Tässä tapauksessa kokonaisresistanssista tulee maksimi, kokonaisvirta on pienin, virtavektori osuu yhteen jännitevektorin kanssa. Tätä ilmiötä kutsutaan virtaresonanssiksi.
  Aallonjohtavuus: .
  klo g<< b L induktanssin haaran virta on paljon suurempi kuin kokonaisvirta, joten tätä ilmiötä kutsutaan virtaresonanssiksi.
  Resonanssitaajuus:
  ω* =
  Kaavasta seuraa:
  1) resonanssitaajuus riippuu paitsi reaktiivisten, myös aktiivisten vastusten parametreista;
  2) resonanssi on mahdollista, jos R L Ja R C enemmän tai vähemmän ρ , muuten taajuus on kuvitteellinen määrä ja resonanssi ei ole mahdollista;
  3) jos RL = R C = ρ, silloin taajuudella on määrittelemätön arvo, mikä tarkoittaa, että resonanssia voi esiintyä millä tahansa taajuudella, kun syöttöjännitteen ja kokonaisvirran vaiheet kohtaavat;
  4) milloin R L = R C<< ρ jännitteen resonanssitaajuus on yhtä suuri kuin virran resonanssitaajuus.
  Energiaprosessit piirissä virtaresonanssin aikana ovat samanlaisia ​​kuin prosessit jänniteresonanssin aikana.
  Loisteho virran resonanssilla on nolla. Yksityiskohtaisesti otetaan huomioon loisteho

Sähkömagneettinen induktio on sähkövirtojen tuottamista magneettikentillä, jotka muuttuvat ajan myötä. Faradayn ja Henryn löytö tästä ilmiöstä toi tietyn symmetrian sähkömagnetismin maailmaan. Maxwell onnistui keräämään tietoa sähköstä ja magnetismista yhteen teoriaan. Hänen tutkimuksensa ennusti sähkömagneettisten aaltojen olemassaolon ennen kokeellisia havaintoja. Hertz todisti olemassaolonsa ja avasi televiestinnän aikakauden ihmiskunnalle.

Faradayn ja Lenzin lait

Sähkövirrat luovat magneettisia vaikutuksia. Voiko magneettikenttä synnyttää sähköisen? Faraday havaitsi, että halutut vaikutukset johtuvat magneettikentän muutoksista ajan myötä.

Kun johtimen ylittää vaihtuva magneettivuo, siihen indusoituu sähkömotorinen voima, joka aiheuttaa sähkövirran. Järjestelmä, joka tuottaa virran, voi olla kestomagneetti tai sähkömagneetti.

Sähkömagneettisen induktion ilmiötä hallitsee kaksi lakia: Faraday ja Lenz.

Lenzin laki mahdollistaa sähkömotorisen voiman karakterisoinnin sen suunnan suhteen.

Tärkeä! Indusoituneen EMF:n suunta on sellainen, että sen aiheuttama virta pyrkii vastustamaan sen luovaa syytä.

Faraday huomasi, että indusoidun virran intensiteetti kasvaa, kun piirin ylittävien kenttälinjojen määrä muuttuu nopeammin. Toisin sanoen sähkömagneettisen induktion emf on suoraan riippuvainen liikkuvan magneettivuon nopeudesta.

Indusoidun emf:n kaava määritellään seuraavasti:

E = - dФ/dt.

"-"-merkki osoittaa, kuinka indusoidun emf:n polariteetti liittyy vuon etumerkkiin ja muuttuvaan nopeuteen.

Saadaan sähkömagneettisen induktion lain yleinen muotoilu, josta voidaan johtaa lausekkeet erikoistapauksille.

Johdon liike magneettikentässä

Kun lanka, jonka pituus on l, liikkuu MF:ssä, jossa on induktio B, sen sisään indusoituu emf, joka on verrannollinen sen lineaariseen nopeuteen v. EMF:n laskemiseen käytetään kaavaa:

• jos johdin liikkuu kohtisuorassa magneettikentän suuntaan nähden:

E = - B x l x v;

• jos liike tapahtuu eri kulmassa α:

E = — B x l x v x sin α.

Indusoitunut EMF ja virta ohjataan siihen suuntaan, jonka löydämme oikean käden säännöllä: asettamalla kätesi kohtisuoraan magneettikenttälinjoja vastaan ​​ja osoittamalla peukalollasi johtimen liikesuuntaan, saat selville magneettikentän suunnan. EMF jäljellä olevilla neljällä suoristetulla sormella.

Pyörivä kela

Sähkögeneraattorin toiminta perustuu MP:ssä olevan N kierroksen piirin pyörimiseen.

EMF indusoituu sähköpiirissä aina, kun magneettivuo ylittää sen, magneettivuon määritelmän mukaisesti Ф = B x S x cos α (magneettinen induktio kerrottuna pinta-alalla, jonka läpi MF kulkee, ja muodostuneen kulman kosinilla vektorilla B ja tasoon S nähden kohtisuoralla viivalla).

Kaavasta seuraa, että F voi muuttua seuraavissa tapauksissa:

• MF-intensiteetin muutokset – vektori B;
• ääriviivan rajoittama alue vaihtelee;
• niiden välinen suunta, kulman määrittelemä, muuttuu.

Faradayn ensimmäisissä kokeissa indusoidut virrat saatiin muuttamalla magneettikenttää B. On kuitenkin mahdollista indusoida emf liikuttamatta magneettia tai muuttamatta virtaa, vaan yksinkertaisesti kiertämällä kelaa akselinsa ympäri MF:ssä. Tässä tapauksessa magneettivuo muuttuu kulman α muutoksen vuoksi. Kun kela pyörii, se ylittää MF-viivat ja EMF tapahtuu.

Jos kela pyörii tasaisesti, tämä jaksollinen muutos johtaa jaksolliseen muutokseen magneettivuossa. Tai sekunti ylitettyjen magneettikenttälinjojen määrä saa samat arvot yhtäläisin aikavälein.

Tärkeä! Indusoitu emf muuttuu orientaation mukana ajan myötä positiivisesta negatiiviseksi ja päinvastoin. EMF:n graafinen esitys on sinimuotoinen viiva.

Sähkömagneettisen induktion EMF-kaavassa käytetään seuraavaa lauseketta:

E = B x ω x S x N x sin ωt, jossa:

• S – yhden kierroksen tai kehyksen rajoittama alue;
• N – kierrosten lukumäärä;
• ω – kulmanopeus, jolla kela pyörii;
• B – MP-induktio;
• kulma α = ωt.

Käytännössä vaihtovirtageneraattoreissa on usein käämi, joka pysyy paikallaan (staattori), kun sähkömagneetti pyörii sen ympärillä (roottori).

Itse aiheutettu emf

Kun vaihtovirta kulkee kelan läpi, se synnyttää vaihtovirran MF:n, jolla on muuttuva magneettivuo, joka indusoi emf:n. Tätä vaikutusta kutsutaan itseinduktioksi.

Koska MF on verrannollinen virran voimakkuuteen, niin:

jossa L on induktanssi (H), joka määräytyy geometristen suureiden avulla: kierrosten lukumäärä pituusyksikköä kohti ja niiden poikkileikkauksen mitat.

Indusoidulle emf:lle kaava on seuraavanlainen:

E = - L x dl/dt.

Jos kaksi kelaa sijaitsee vierekkäin, niihin indusoituu keskinäisen induktion emf, riippuen molempien piirien geometriasta ja niiden suunnasta toisiinsa nähden. Piirien eron kasvaessa keskinäinen induktanssi pienenee, koska niitä yhdistävä magneettivuo pienenee.

Olkoon kaksi kelaa. Yhden kelan langan läpi kulkee virta I1 N1 kierrosta, jolloin syntyy MF, joka kulkee kelan läpi N2 kierroksella. Sitten:

1. Toisen kelan keskinäinen induktanssi suhteessa ensimmäiseen:

M21 = (N2 x F21)/11;

1. Magneettinen virtaus:

F21 = (M21/N2) x 11;

1. Etsitään indusoitu emf:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21 x dl/dt;

1. EMF indusoituu samalla tavalla ensimmäisessä kelassa:

E1 = -M12 x dl2/dt;

Tärkeä! Toisen kelan keskinäisen induktion aiheuttama sähkömotorinen voima on aina verrannollinen toisen käämin sähkövirran muutokseen.

Keskinäistä induktanssia voidaan pitää yhtä suurena kuin:

M12 = M21 = M.

Vastaavasti E1 = -M x dl2/dt ja E2 = M x dl1/dt.

M = K √ (L1 x L2),

jossa K on kahden induktanssin välinen kytkentäkerroin.

Keskinäisen induktion ilmiötä käytetään muuntajissa - sähkölaitteissa, joiden avulla voit muuttaa vaihtosähkövirran jännitteen arvoa. Laite koostuu kahdesta kelasta, jotka on kierretty yhden sydämen ympärille. Ensimmäisessä oleva virta saa aikaan muuttuvan MF:n magneettipiiriin ja sähkövirran toiseen käämiin. Jos ensimmäisen käämin kierrosten lukumäärä on pienempi kuin toisen, jännite kasvaa ja päinvastoin.

Sähkön tuottamisen ja muuntamisen lisäksi magneettista induktiota käytetään muissa laitteissa. Esimerkiksi magneettisissa levitaatiojunissa, jotka eivät liiku suorassa kosketuksessa kiskojen kanssa, vaan muutaman senttimetrin korkeammalle sähkömagneettisen hylkimisvoiman takia.

Video

Yhtenäisen valtiontutkinnon kodifioinnin aiheet: sähkömotorinen voima, virtalähteen sisäinen resistanssi, Ohmin laki täydelliselle sähköpiirille.

Tähän asti sähkövirtaa tutkiessamme on otettu huomioon vapaiden varausten suuntainen liike sisään ulkoinen piiri, eli virtalähteen liittimiin kytketyissä johtimissa.

Kuten tiedämme, positiivinen varaus:

Se menee ulkoiseen piiriin lähteen positiivisesta liittimestä;

Liikkuu ulkoisessa piirissä muiden liikkuvien varausten luoman kiinteän sähkökentän vaikutuksesta;

Se saapuu lähteen negatiiviseen napaan ja suorittaa polkunsa ulkoisessa piirissä.

Nyt positiivisen varauksemme on suljettava polkunsa ja palattava positiiviseen päätteeseen. Tätä varten hänen on voitettava polun viimeinen segmentti - virtalähteen sisällä negatiivisesta navasta positiiviseen. Mutta ajattele sitä: hän ei halua mennä sinne ollenkaan! Negatiivinen napa vetää sitä itseään päin, positiivinen napa hylkii sen itsestään ja tämän seurauksena lähteessä olevaan varaukseen vaikuttaa sähköinen voima, joka on suunnattu vastaan varauksen liike (eli virran suuntaa vastaan).

Kolmannen osapuolen voima

Siitä huolimatta virta kulkee piirin läpi; siksi on olemassa voima, joka "vetää" varauksen lähteen läpi napojen sähkökentän resistanssista huolimatta (kuva 1).

Riisi. 1. Kolmannen osapuolen voima

Tätä voimaa kutsutaan ulkopuolinen voima; Sen ansiosta nykyinen lähde toimii. Ulkoisella voimalla ei ole mitään tekemistä paikallaan pysyvän sähkökentän kanssa - sillä sanotaan olevan ei-sähköinen alkuperä; esimerkiksi akuissa se syntyy asianmukaisten kemiallisten reaktioiden esiintymisen vuoksi.

Merkitään ulkoisen voiman työllä positiivisen varauksen q siirtämistä virtalähteen sisällä negatiivisesta navasta positiiviseen. Tämä työ on positiivinen, koska ulkoisen voiman suunta on sama kuin varauksen liikkeen suunta. Ulkoisen voiman työtä kutsutaan myös nykyisen lähteen toimintaa.

Ulkoisessa piirissä ei ole ulkoista voimaa, joten ulkoisen voiman tekemä työ varauksen siirtämiseksi ulkoisessa piirissä on nolla. Siksi ulkoisen voiman työ varauksen siirtämiseksi koko piirin ympäri vähenee työhön, jolla tämä varaus siirretään vain virtalähteen sisällä. Tämä on siis myös ulkoisen voiman työ varauksen siirtämiseksi koko ketjussa.

Näemme, että ulkoinen voima on ei-potentiaalinen - sen työ siirrettäessä varausta suljettua polkua pitkin ei ole nolla. Tämä ei-potentiaali mahdollistaa sähkövirran kiertämisen; potentiaalinen sähkökenttä, kuten aiemmin sanoimme, ei voi tukea vakiovirtaa.

Kokemus on osoittanut, että työ on suoraan verrannollinen siirrettävään maksuun. Siksi suhde ei enää riipu varauksesta ja on virranlähteen määrällinen ominaisuus. Tätä suhdetta merkitään seuraavasti:

(1)

Tätä määrää kutsutaan sähkömotorinen voima(EMF) nykyisestä lähteestä. Kuten näette, EMF mitataan voltteina (V), joten nimi "sähkömotorinen voima" on erittäin valitettava. Mutta se on juurtunut pitkään, joten sinun on tultava toimeen sen kanssa.

Kun näet akussa merkinnän: "1,5 V", tiedä, että tämä on juuri EMF. Onko tämä arvo sama kuin akun ulkoisessa piirissä luoma jännite? Osoittautuu, että ei! Nyt ymmärrämme miksi.

Ohmin laki täydelliselle piirille

Jokaisella virtalähteellä on oma vastus, jota kutsutaan sisäinen vastus tämä lähde. Näin ollen virtalähteellä on kaksi tärkeää ominaisuutta: emf ja sisäinen vastus.

Olkoon virtalähde, jonka emf on yhtä suuri ja sisäinen vastus, kytketty vastukseen (joka tässä tapauksessa on ns. ulkoinen vastus, tai ulkoinen kuorma, tai hyötykuorma). Kaikkea tätä yhdessä kutsutaan täysi ketju(Kuva 2).

Riisi. 2. Täydellinen piiri

Tehtävämme on löytää virta piirissä ja jännite vastuksen yli.

Ajan myötä varaus kulkee piirin läpi. Kaavan (1) mukaan nykyinen lähde toimii seuraavasti:

(2)

Koska virran voimakkuus on vakio, lähteen työ muuttuu kokonaan lämmöksi, joka vapautuu vastuksilla ja. Tämä lämpömäärä määräytyy Joule-Lenzin lain mukaan:

(3)

Joten, , ja vertaamme kaavojen (2) ja (3) oikeat puolet:

Vähennyksen jälkeen saamme:

Joten löysimme virran piiristä:

(4)

Kaavaa (4) kutsutaan Ohmin laki täydelliselle piirille.

Jos liität lähteen liittimet merkityksettömän resistanssin johdolla, saat oikosulku. Tässä tapauksessa suurin virta virtaa lähteen läpi - oikosulkuvirta:

Pienen sisäisen resistanssin vuoksi oikosulkuvirta voi olla melko suuri. Esimerkiksi AA-paristo kuumenee niin, että se polttaa kätesi.

Kun tiedämme virran voimakkuuden (kaava (4)), voimme löytää vastuksen jännitteen Ohmin lain avulla piirin osalle:

(5)

Tämä jännite on pisteiden ja välinen potentiaaliero (kuva 2). Pisteen potentiaali on yhtä suuri kuin lähteen positiivisen navan potentiaali; pisteen potentiaali on yhtä suuri kuin negatiivisen navan potentiaali. Siksi jännitettä (5) kutsutaan myös jännite lähdeliittimissä.

Näemme kaavasta (5), mitä tapahtuu todellisessa piirissä - loppujen lopuksi se kerrotaan murto-osalla, joka on pienempi kuin yksi. Mutta on kaksi tapausta, joissa .

1. Ihanteellinen virtalähde. Tämä on lähteen nimi, jonka sisäinen vastus on nolla. Kun kaava (5) antaa .

2. Avoin rata. Tarkastellaan virtalähdettä sellaisenaan, sähköpiirin ulkopuolella. Tässä tapauksessa voidaan olettaa, että ulkoinen vastus on äärettömän suuri: . Silloin määrää ei voi erottaa arvosta , ja kaava (5) antaa meille jälleen .

Tämän tuloksen merkitys on yksinkertainen: jos lähdettä ei ole kytketty piiriin, niin lähteen napoihin kytketty volttimittari näyttää sen emf:n.

Sähköpiirin tehokkuus

Ei ole vaikea ymmärtää, miksi vastusta kutsutaan hyötykuormaksi. Kuvittele, että se on hehkulamppu. Hehkulampun tuottama lämpö on hyödyllinen, koska tämän lämmön ansiosta hehkulamppu täyttää tehtävänsä - antaa valoa.

Merkitään hyötykuorman ajan kuluessa vapauttaman lämmön määrää.

Jos virtapiirissä on yhtä suuri kuin , niin

Tietty määrä lämpöä vapautuu myös virtalähteestä:

Piirissä vapautuvan lämmön kokonaismäärä on yhtä suuri kuin:

Sähköpiirin tehokkuus on hyötylämmön suhde kokonaislämpöön:

Piirin hyötysuhde on yhtä suuri kuin yksikkö vain, jos virtalähde on ihanteellinen.

Ohmin laki heterogeeniselle alueelle

Ohmin yksinkertainen laki pätee piirin ns. homogeeniselle osalle - eli alueelle, jossa ei ole virtalähteitä. Nyt saadaan yleisempiä suhteita, joista seuraa sekä Ohmin laki homogeeniselle jaksolle että edellä saatu Ohmin laki koko ketjulle.

Ketjun osa on ns heterogeeninen, jos siinä on virtalähde. Toisin sanoen epähomogeeninen alue on alue, jolla on EMF.

Kuvassa Kuvassa 3 on epätasainen leikkaus, joka sisältää vastuksen ja virtalähteen. Lähteen emf on yhtä suuri kuin , sen sisäisen resistanssin katsotaan olevan nolla (jos lähteen sisäinen resistanssi on yhtä suuri, voit yksinkertaisesti korvata vastuksen vastuksella).

Riisi. 3. EMF "auttaa" virtaa:

Virran voimakkuus alueella on yhtä suuri kuin , virta kulkee pisteestä pisteeseen. Tämä virta ei välttämättä johdu yhdestä lähteestä. Tarkasteltavana oleva osa on pääsääntöisesti osa tiettyä piiriä (ei näy kuvassa), ja tässä piirissä voi olla muita virtalähteitä. Siksi virta on seurausta yhdistetystä toiminnasta kaikille piirissä saatavilla olevista lähteistä.

Olkoon pisteiden potentiaalit yhtä suuria ja vastaavasti. Korostetaan vielä kerran, että puhumme kiinteän sähkökentän potentiaalista, joka syntyy kaikkien piirin lähteiden vaikutuksesta - ei vain tähän osaan kuuluvan lähteen, vaan myös mahdollisesti tämän osan ulkopuolella olevien lähteiden vaikutuksesta.

Alueemme jännite on yhtä suuri kuin: . Ajan myötä varaus kulkee alueen läpi, kun taas paikallaan oleva sähkökenttä toimii:

Lisäksi virtalähde suorittaa positiivista työtä (loppujen lopuksi lataus kulki sen läpi!):

Virran voimakkuus on vakio, joten paikallaan pysyvän sähkökentän ja lähteen ulkoisten voimien aiheuttama varauksen edistämistyö muuttuu kokonaan lämmöksi: .

Korvaamme tässä ilmaisut , ja Joule–Lenzin laille:

Vähentämällä saamme Ohmin laki piirin epätasaiselle osalle:

(6)

tai mikä on sama:

(7)

Huomaa: sen edessä on plusmerkki. Olemme jo ilmoittaneet syyn tähän - nykyinen lähde toimii tässä tapauksessa positiivinen työtä, "raahaamalla" varauksen sisällään negatiivisesta navasta positiiviseen. Yksinkertaisesti sanottuna lähde "auttaa" virran kulkemista pisteestä pisteeseen.

Huomioikaa kaksi johdetun kaavan (6) ja (7) seurausta.

1. Jos alue on homogeeninen, niin . Sitten kaavasta (6) saadaan Ohmin laki ketjun homogeeniselle osalle.

2. Oletetaan, että virtalähteellä on sisäinen vastus. Tämä, kuten jo mainitsimme, vastaa sen korvaamista seuraavalla:

Suljetaan nyt osamme yhdistämällä pisteet ja . Saamme edellä käsitellyn täydellisen piirin. Tässä tapauksessa käy ilmi, että edellinen kaava muuttuu Ohmin laiksi koko ketjulle:

Siten Ohmin laki homogeeniselle jaksolle ja Ohmin laki täydelliselle ketjulle seuraavat molemmat Ohmin laista epätasaiselle jaksolle.

Voi olla toinenkin kytkentätapaus, jolloin lähde "estää" virran kulkemisen alueen läpi. Tämä tilanne on esitetty kuvassa. 4. Tässä virta, joka tulee kohteesta kohteeseen, on suunnattu lähteen ulkoisten voimien toimintaa vastaan.

Riisi. 4. EMF "häiritsee" virtaa:

Kuinka tämä on mahdollista? Se on hyvin yksinkertaista: muut piirissä olevat lähteet tarkasteltavan osan ulkopuolella "ylivoimaavat" osan lähteen ja pakottavat virran kulkemaan sitä vastaan. Juuri näin tapahtuu, kun laitat puhelimesi lataukseen: pistorasiaan kytketty sovitin saa lataukset liikkumaan puhelimen akussa ulkoisten voimien vaikutusta vastaan, jolloin akku latautuu!

Mikä muuttuu nyt kaavojemme johtamisessa? On vain yksi asia - ulkoisten voimien työstä tulee negatiivinen:

Tällöin Ohmin laki epäyhtenäiselle alueelle saa muotoa:

(8)

missä on vielä jännitys alueella.

Laitetaan kaavat (7) ja (8) yhteen ja kirjoitetaan Ohmin laki EMF-osuudelle seuraavasti:

Virta kulkee pisteestä pisteeseen. Jos virran suunta on sama kuin ulkoisten voimien suunta, sen eteen asetetaan "plus"; jos nämä suunnat ovat vastakkaisia, annetaan "miinus".

Sähkövirta ei kulje kuparilangassa samasta syystä kuin vesi pysyy paikallaan vaakasuuntaisessa putkessa. Jos putken toinen pää liitetään säiliöön siten, että syntyy paine-ero, nestettä valuu ulos toisesta päästä. Samoin vakiovirran ylläpitämiseksi tarvitaan ulkoinen voima varausten siirtämiseen. Tätä vaikutusta kutsutaan sähkömoottorivoimaksi tai EMF:ksi.

1700-luvun lopun ja 1800-luvun alun välisenä aikana Coulombin, Lagrangen ja Poissonin kaltaisten tiedemiesten työ loi matemaattisen perustan sähköstaattisten suureiden määrittämiselle. Sähkön ymmärtämisen edistyminen tässä historiallisessa vaiheessa on ilmeistä. Franklin oli jo ottanut käyttöön käsitteen "sähköisen aineen määrä", mutta toistaiseksi hän tai hänen seuraajansa eivät ole kyenneet mittaamaan sitä.

Galvanin kokeiden jälkeen Volta yritti löytää todisteita siitä, että eläimen "galvaaniset nesteet" olivat luonteeltaan samanlaisia ​​kuin staattinen sähkö. Totuutta etsiessään hän havaitsi, että kun kaksi eri metallista valmistettua elektrodia joutuvat kosketuksiin elektrolyytin kautta, molemmat varautuvat ja pysyvät ladattuna huolimatta siitä, että kuorma sulkee piirin. Tämä ilmiö ei vastannut olemassa olevia käsityksiä sähköstä, koska sähköstaattisten varausten oli sellaisessa tapauksessa yhdistettävä uudelleen.

Volta esitteli uuden määritelmän voimalle, joka vaikuttaa varausten erottamiseen ja niiden pitämiseen tässä tilassa. Hän kutsui sitä sähkömoottoriksi. Sellainen selitys akun toiminnan kuvaukselle ei sopinut tuolloin fysiikan teoreettisiin perusteisiin. 1800-luvun ensimmäisen kolmanneksen Coulombin paradigmassa. d.s. Volta määräytyi joidenkin kappaleiden kyvyn tuottaa sähköä toisissa.

Ohm antoi tärkeimmän panoksen sähköpiirien toiminnan selittämiseen. Kokeilusarjan tulokset johtivat hänet sähkönjohtavuuden teorian rakentamiseen. Hän esitteli suuren "jännite" ja määritteli sen potentiaalieroksi koskettimien välillä. Kuten Fourier, joka teoriassaan erotti lämmön määrän ja lämpötilan lämmönsiirrossa, Ohm loi analogisesti mallin, joka koski siirretyn varauksen määrää, jännitettä ja sähkönjohtavuutta. Ohmin laki ei ollut ristiriidassa sähköstaattisesta sähköstä kertyneen tiedon kanssa.

Sähkövirran ylläpitämiseksi johtimessa tarvitaan ulkoinen energialähde, joka jatkuvasti luo potentiaalieron tämän johtimen päiden välille. Tällaisia ​​energialähteitä kutsutaan sähköenergialähteiksi (tai virtalähteiksi).

Sähköenergian lähteillä on tietty sähkömotorinen voima(lyhennettynä EMF), joka luo ja ylläpitää potentiaalieroa johtimen päiden välille pitkään. Joskus sanotaan, että emf luo sähkövirran piiriin. Meidän on muistettava, että tämä määritelmä on tavanomainen, koska olemme jo edellä todenneet, että sähkövirran syntymisen ja olemassaolon syy on sähkökenttä.

Sähköenergian lähde tuottaa tietyn määrän työtä siirtämällä sähkövarauksia suljetussa piirissä.

Määritelmä:Työtä, jonka sähköenergialähde tekee siirrettäessä positiivisen varauksen yksikkö suljetussa piirissä, kutsutaan lähteen emf:ksi.

Sähkömotorisen voiman mittayksikkö on voltti (lyhennetty voltti on merkitty kirjaimella B tai V - "ve" latinaksi).

Sähköenergian lähteen emf on yhtä volttia, jos siirrettäessä yksi coulomb sähköä suljetussa piirissä sähköenergian lähde toimii yhtä joulea:

Käytännössä EMF:n mittaamiseen käytetään sekä suurempia että pienempiä yksiköitä, nimittäin:

1 kilovoltti (kV, kV), joka vastaa 1000 V;

1 millivoltti (mV, mV), yhtä tuhannesosaa voltista (10-3 V),

1 mikrovoltti (μV, μV), joka vastaa yhtä miljoonasosaa voltista (10-6 V).

Ilmeisesti 1 kV = 1000 V; 1 V = 1 000 mV = 1 000 000 μV; 1 mV = 1000 uV.

Tällä hetkellä sähköenergian lähteitä on useita. Ensimmäistä kertaa sähköenergian lähteenä käytettiin galvaanista akkua, joka koostui useista sinkki- ja kupariympyröistä, joiden väliin laitettiin happamassa vedessä kostutettu nahka. Galvaanisessa akussa kemiallinen energia muutettiin sähköenergiaksi (tätä käsitellään tarkemmin luvussa XVI). Galvaaninen akku on saanut nimensä italialaiselta fysiologilta Luigi Galvanilta (1737-1798), joka oli yksi sähköopin perustajista.

Venäläinen tiedemies Vasily Vladimirovich Petrov suoritti lukuisia kokeita galvaanisten paristojen parantamisesta ja käytännön käytöstä. Viime vuosisadan alussa hän loi maailman suurimman galvaanisen akun ja käytti sitä useisiin loistaviin kokeisiin.

Sähköenergian lähteitä, jotka toimivat periaatteella muuttaa kemiallinen energia sähköenergiaksi, kutsutaan kemiallisiksi sähköenergian lähteiksi.

Toinen pääasiallinen sähköenergian lähde, jota käytetään laajalti sähkö- ja radiotekniikassa, on generaattori. Generaattorissa mekaaninen energia muunnetaan sähköenergiaksi.

Sähkökaavioissa sähköenergian lähteet ja generaattorit on merkitty kuvan 1 mukaisesti. 1.

Kuva 1. Sähköenergialähteiden symbolit:a - EMF-lähde, yleinen nimitys, b - virtalähde, yleinen nimitys; c - kemiallinen sähköenergian lähde; g - kemiallisten lähteiden akku; d - vakiojännitelähde; e - vaihtelevan intensiteetin lähde; g - generaattori.

Kemiallisissa sähköenergian lähteissä ja generaattoreissa sähkömotorinen voima ilmenee samalla tavalla luoden potentiaalieron lähdeliittimissä ja ylläpitäen sitä pitkään. Näitä puristimia kutsutaan sähköenergialähteen navat. Sähköenergian lähteen yhdellä napalla on positiivinen potentiaali (elektronien puute), se on merkitty plusmerkillä (+) ja sitä kutsutaan positiiviseksi napaksi. Toisella navalla on negatiivinen potentiaali (ylimääräisiä elektroneja), se on merkitty miinusmerkillä (-) ja sitä kutsutaan negatiiviseksi napaksi.

Sähköenergian lähteistä sähköenergia siirtyy johtojen kautta kuluttajille (sähkölamput, sähkömoottorit, sähkökaaret, sähkölämmityslaitteet jne.).

Määritelmä:Sähköenergian lähteen, sen kuluttajan ja liitäntäjohtojen yhdistelmää kutsutaan sähköpiiriksi.

Yksinkertaisin sähköpiiri on esitetty kuvassa. 2.

Kuva 2. B - sähköenergian lähde; SA - kytkin; EL - sähköenergian kuluttaja (lamppu).

Jotta sähkövirta kulkee piirin läpi, sen on oltava suljettu. Virta kulkee jatkuvasti suljetun sähköpiirin läpi, koska sähköenergian lähteen napojen välillä on tietty potentiaaliero. Tätä potentiaalieroa kutsutaan lähdejännite ja se on merkitty kirjaimella U. Jännitteen mittayksikkö on voltti. Kuten EMF, jännite voidaan mitata kilovolteina, millivolteina ja mikrovolteina.

EMF:n ja jännitteen suuruuden mittaamiseksi laite nimeltä volttimittari. Jos volttimittari on kytketty suoraan sähköenergialähteen napoihin, sähköpiirin ollessa auki, se näyttää sähköenergian lähteen EMF:n ja suljettuna jännitteen sen navoissa: (Kuva 3).

Kuva 3. Sähköenergianlähteen EMF:n ja jännitteen mittaus:a - sähköenergialähteen EMF:n mittaus; b - jännitteen mittaaminen sähköenergialähteen liittimissä.

Huomaa, että jännite sähköenergialähteen liittimissä on aina pienempi kuin sen emf.