«

»

Распечатать Запись

Электрическая теория

el1

 

АТОМ И ЕГО СТРОЕНИЕ
Все вещества и материи состоят из маленьких элементов, которые называются молекулами. В свою очередь, эти молекулы состоят из еще меньших частиц, называемых атомами.
Атомы – самые маленькие частицы какого-либо вещества. Ядро атома состоит из (положительно заряженных) протонов, окруженных (отрицательно заряженными) электронами. Прямо как планеты окружают солнце. Частицы, имеющие одинаковый заряд, отталкивают друг друга, тогда как противоположные притягивают друг друга.
Электричество создается во время движения электронов от одного атома к другому.
Представленный выше атом (левая картинка) является атомом гелия (He), атом с самым простым строением, почти все другие атомы имеют сложное строение.
Атом (на правой картинке) имеет два орбитальных уровня. Электроны, находящиеся на внутренней орбите – называются связанными электронами, поскольку они не могут быть легко удалены со своих орбит, а те, которые находятся на внешней орбите – называются свободными электронами, которые, при определенных условиях, могут переходить к соседним атомам.
При сбалансированных условиях, число движущихся по орбите электронов совпадает с числом протонов в ядре, а атом называют нейтральным. Когда данный баланс изменяется, то говорят, что атом заряжен положительным или отрицательным зарядом в зависимости от количества электронов, больше или меньше по сравнению с количеством протонов.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Вода, вытекающая из дамбы образует водопад, чем сильнее поток, тем больше электрический ток (верхний рисунок).
Чтобы быть более точными, электрический ток определяется как заряд электронов пересекающий сечение проводника за одну секунду (нижний рисунок).
Интенсивность тока измеряется в амперах (А).
Символом для ампер является – I
Как мы увидим позже, существуют два вида электрического тока: переменный и постоянный.
ЗАПОМНИТЕ: Электрический ток = поток
Электрический ток в цепи одинаков, в не зависимости от того, в каком месте электрической цепи он измеряется (до или после потребителя тока)
ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ
Если мы создадим путь, позволяющий электронам двигаться из материала с отрицательным зарядом в другой материал с положительным зарядом, то электроны могут проходить из одного проводника в другой.
Данный поток электронов является электрическим током, и он продолжает двигаться до тех пор, пока электрический заряд в обоих материалах не становится одинаковым, или до тех пор, пока путь его прохождения не прерывается
НАПРЯЖЕНИЕ
Проводниковый материал подобен водохранилищу дамбы, в котором вода свободно движется, но не вытекает из дамбы в то время, когда она закрыта (верхний рисунок).
Если шлюз плотины открывается, то вода падает и течет вниз по течению. Именно разница в уровне между верхним течением и нижним течением образует водопад (нижний рисунок).
Под электрическим напряжением может пониматься давление, которое создает поток электрического тока в проводнике. Напряжение измеряется в вольт (В).
Заметка: Напряжение может присутствовать без электрического тока, но электрический ток не может присутствовать без «давления» напряжения.
ЗАПОМНИТЕ Напряжение = давление
Символом для вольт является V.
Другим названием напряжения является Разность Потенциалов (РП или pd), разность в напряжении между двумя точками.
Напряжение РП (pd) снижается, так как оно используется для давления (проталкивания) электрического тока в цепи.
Электродвижущая сила (ЭДС или EMF) также является способом установления напряжения, так как она является источником напряжения в цепи, то есть напряжение аккумулятора.
 
СОПРОТИВЛЕНИЕ
Внутри проводников могут существовать «электрические помехи», ограничивающие прохождение электрического тока. Данными помехами является электрическое сопротивление.
Во всех проводниковых материалах присутствует определенное электрическое сопротивление, называемое удельным сопротивлением.
Сопротивление проводника будет изменяться в зависимости от длины, площади поперечного сечения, материала и температуры.
Сопротивление измеряется в Омах (W).
Символом Ом является R или W
Один Ом – это сопротивление, позволяющее проходить одному ампер при напряжении в 1 вольт. ЗАПОМНИТЕ  Сопротивление – это ограничение потоку электрического тока
Все электрические цепи состоят из компонентов, имеющих сопротивление. Любое дополнительное сопротивление (плохие соединения, ржавчина и т.д.) к этим уже известным сопротивлениям, приведут к неисправностям в цепи.
 
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
Если мы хотим создать непрерывную циркуляцию воды (верхний рисунок), то необходимо вернуть воду обратно в дамбу, для этого может быть использован насос.
Таким образом, вода по природе падает вниз по течению и закачивается обратно вверх, этим образуя циркуляцию.
Таким же способом, для образования непрерывного бесперебойного канала, вокруг которого может проходить электрический ток, необходимо привести электроны из точки подсоединения к положительному заряду обратно к точке подсоединения к отрицательному заряду проводника.
Это может быть достигнуто генератором или аккумулятором (нижний рисунок).
В аккумуляторе, состоящем из группы последовательных пластин, то, что только что было описано выше, осуществляется химическим действием электролита, это приводит к образованию «давления» или вольтажа для того, чтобы цепь работала.
Электрическая цепьназывается замкнутой, когда в ней есть металлическая электропроводность, и электрический ток может циркулировать в ней.
В разомкнутой цепи нет металлической электропроводности, и электрический ток не может циркулировать в ней.  
 
ЭЛЕМЕНТЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
Электрическая цепь состоит из ряда проводников и других элементов соединенных друг с другом, для образования замкнутого и непрерывного контура для электрического тока.
Используя подобие между гидравлическими системами и электрическими цепями согласно вышеприведенного слайда мы можем определить несколько основных компонентов электрической цепи:
•«Электрический генератор» образует напряжение, позволяющее электронам циркулировать в цепи точно также, как и насос заставляет воду циркулировать по трубопроводу.
•«Лампа» — это компонент потребитель, через который проходит ток, создаваемый генератором, образующий световую и тепловую энергию точно также, как и турбина, приводимая в движение водой под действием давления насоса, образует механическую энергию.
•«Линия», состоящая из ряда металлических проводников, которые соединяют генератор с потребителем тока, и через которую проходит ток точно также, как и вода течет внутри трубопровода, соединяющего насос с турбиной.
Электрическая цепь всегда состоит из двух проводников: один для подачи, а другой для возврата.
 
Закон Ома
Для того чтобы понять, что происходит внутри цепи, вам необходимо понять взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Понятие этой взаимосвязи позволит облегчить обнаружение неисправностей.
 
Закон Ома
Закон Ома утверждает, что при постоянном сопротивлении и установленной температуре увеличение  напряжения приведет к пропорциональному увеличению электрического тока.
Он обнаружил, что необходимо напряжение в 1 вольт для давления 1 ампер через сопротивление в 1 Ом.
 
ЗАКОН ОМА
Для запоминания формул можно использовать вышеприведенный треугольник. При известных 2 величинах  цепи вы можете найти третью. Закройте значение, которое вам необходимо найти, и умножьте, если две оставшиеся величины стоят друг за другом, или разделите напряжение на оставшиеся значения, если они находятся друг над другом.
В электрической цепи транспортного средства напряжение питания обычно остается одинаковым 12-14 вольт, таким образом напряжение может рассматриваться как остающееся постоянным. Запомните, что напряжение – это давление или «толчок» в цепи.
Каждый компонент имеет сопротивление. Данное сопротивление, как правило, постоянное. Запомните, что сопротивление – это ограничение для электрического тока. Если бы в цепи не было сопротивления, то весь электрический ток аккумулятора был бы вытеснен (короткое замыкание на землю).
При установленном напряжении и сопротивлении электрический ток также должен быть установленным. Таким образом, в электрической цепи транспортного средства компоненты управляют количеством электрического тока, проходящего через  них.
 
КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ
Короткое замыкание на заземление
Короткое замыкание – это случайный контакт между двумя элементами проводника, имеющих противоположные полярности, оно характеризуется сокращением или почти полным устранением сопротивления цепи.
Короткое замыкание на положительное напряжение
Если два или более положительных провода непреднамеренно касаются друг друга, то это может быть рассмотрено как короткое замыкание. Так как электрические цепи современных машин работают при различных напряжениях, то два положительных провода, касающихся друг друга, могут привести к неисправности. Например, провод проводящий 12 вольт замыкается с проводом, проводящем 5 вольт, то в этом случае цепь в 5 вольт теперь будет иметь 12 вольт и работать она не будет.
 
РЕЗИСТОРЫ
Мы уже говорили о том, что в любом проводнике присутствует сопротивление, называемое удельным сопротивлением. Данная характеристика проводников используется резисторами, которые являются компонентами, изготовленными из материалов с высоким удельным сопротивлением.
Резисторы являются необходимым компонентами в любой электрической или электронной установке, поскольку они позволяют распределить электрический ток и напряжение в желаемых точках электрической цепи регулируемым способом.
Каждый резистор характеризуется, по крайней мере, четырьмя основными параметрами: значением, допустимым пределом, мощностью и типом.
1. Значение резистора представляет собой препятствие, созданное резистором для предотвращения прохождения тока. Единицей измерения является Ом, а символом W.
2. Допустимое значение представляет собой минимальные и максимальные пределы, в которых может варьироваться сопротивление. Оно выражено в процентах. Например, если резистор имеет значение в 1000W, а допустимый предел составляет 10%, то это указывает на то, что значение сопротивления может составлять между 900W и 1100W. Наиболее общепринятые значения допустимого предела: 1%, 2%, 5%, 10%, 20%.
Для оценки сопротивления и допустимого значения резисторов используется система «цветового кода». На корпусе резистора отмечены четыре кольца, чьи цвета соответствуют числу в таблице цветового кода. Первые два указывают на две наиболее значимые цифры значений сопротивления, третье – это коэффициент умножения (количество нулей, которые необходимо прибавить к первым двум цифрам для получения значения сопротивления), а четвертое – допустимое значение.
3. Когда электрический ток проходит через компонент, то теряется определенное количество энергии (используемой для поражения сопротивления компонента), которое превращается в тепло. Поэтому, при выборе резистора необходимо принимать во внимание запасенную энергию в виде тепла. По мере возрастания энергии физические размеры также возрастают и временами могут использоваться специальные модели резистора, называемые моделями с большой мощностью.
4. Для того чтобы использовать резисторы по назначению, используются различные материалы и различные системы изготовления, позволяющие создать большой спектр компонентов. Наиболее широко используемые типы резисторов – это резисторы с углеродным слоем (для мощности до 2 Вт, хорошее допустимое значение), накрученные (мощность до 1 OOW, средне-высокое допустимое значение), пиролитические  (низкое допустимое значение, очень устойчив к широкому диапазону температурных величин), а также резисторы с металлическим слоем.
Последовательные электрические цепи.
Когда компоненты установлены последовательно, значение каждого компонента складывается.
Таким образом, если два 12 В аккумулятора соединены последовательно. Первый положительный зажим аккумулятора соединен со вторым отрицательным зажимом аккумулятора. Два внешних зажима соединены с цепью. Общее напряжение будет равно 24 вольт.
 
Если добавляется третий аккумулятор, то напряжение равняется 36 вольт.
Когда компоненты устанавливаются последовательно, то каждый компонент вовлечен в электрическую цепь. Поэтому, если один компонент неисправен, то неисправна и вся цепь, и ничего в ней работать не будет.
Пример. Если три лампочки установлены последовательно и одна из них перегорит, то ни одна лампочка гореть не будет.
Также в последовательной электрической цепи, так как все напряжение аккумулятора используется в электрической цепи, то чем больше добавляется компонентов в электрическую цепь, тем меньше напряжения подается на каждый компонент, так как каждому компоненту необходимо напряжение для проведения электрического тока через нее.
Поэтому, если напряжение аккумулятора 12 вольт и три идентичные лампочки подсоединены последовательно, то каждая лампочка будет принимать только 4 вольт, и они будут гореть тускло.
 
Параллельные цепи
В параллельной цепи каждый компонент имеет свое собственное питание, а также свой собственный путь на заземление.
В случае если два аккумулятора подсоединены параллельно. Положительные и отрицательные зажимы аккумулятора соединены друг с другом. Выходное напряжение будет равняться 12 вольт, но имеющимся выходом электрического тока будет являться совместный выход электричества двух аккумуляторов.
Если добавляется третий аккумулятор, то выходное напряжение все равно будет равняться 12 вольт, но имеющийся выход электрического тока увеличится.
При использовании дополнительного аккумулятора, предназначенного для запуска машины, мы всегда подсоединяем дополнительный аккумулятор параллельно. Это увеличивает доступный ток, но не обеспечивает машине напряжение в 24 вольт, что приведет к электрическим неисправностям в результате перенапряжения.
При подсоединении компонентов параллельно, у каждого компонента равное питание и заземление. Это значит, что если мы поместим 3 идентичные лампочки параллельно в 12 вольтовой цепи, то каждая лампочка будет использовать 12 вольт, таким образом они будут гореть во всю яркость. Если одна лампочка сгорит, то другие все равно будут гореть, так как у каждой из них присутствует питание в 12 вольт и заземление.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫЕ РЕЗИСТОРЫ
Для последовательно подсоединенных резисторов (верхний рисунок):
•Общее сопротивление последовательно подсоединенных резисторов равно сумме каждого отдельного сопротивления. Для nколичества последовательно подсоединенных резисторов общее сопротивление равно RT (сопротивление):
RT = R1+R2+…+Rn
•Общее напряжение равно сумме каждого отдельного напряжения:
VTOT = V1+V2+…+Vn
ПАРАЛЛЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫЕ РЕЗИСТОРЫ
Параллельные цепи имеют более чем один канал для прохождения тока. Резисторы установлены рядом и обеспечивают наличие отдельных каналов для электрического тока.
Для параллельно подсоединенных резисторов (нижний рисунок)
Для n количества параллельно подсоединенных резисторов может быть использована следующая формула:
1/ RTОТ = 1/R1+1/R2+…+1/Rn
Только для 2-ух параллельно подсоединенных резисторов, общее сопротивление RT определяется произведением двух сопротивлений деленных на их сумму.
RT = R1XR2 / (R1+R2)
 
ИЗМЕНЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ
Сопротивление проводника варьируется согласно температуры, достигнутой вследствие тепла, образованного проходящим через него электрическим током, а также возможно вследствие температуры окружающей среды, в котором расположен проводник.
Поэтому, во время устранения неполадок необходимо использовать провод соответствующего назначения.
При температуре в ноль градусов удельные сопротивления металлических сплавов, широко используемых в электронике приведены ниже:
Алюминий                   0.026
Серебро                   0.015
Нейзильбер                  0.35
Константан                   0.5
Хромовый никель            1
Медь                           0.01 6
Естественно, для изготовления проводников и электрических контактов предпочтение должно отдаваться материалам с меньшим удельным сопротивлением, поэтому широко распространены серебро и медь. Рассуждения по поводу стоимости материалов предполагает использование меди нежели серебра, которое используется только для определенных электрических контактов.
 
ГЕНЕРАТОР
Потребность в электрической энергии во время зажигания, освещения, аварийной сигнализации и других функций требует наличие генератора переменного тока. Аккумулятор – это устройство для хранения энергии, у него сильно ограничена емкость и он быстро разряжается, таким образом в транспортном средстве необходимо наличие подзарядки аккумулятора.
Удовлетворение потребности в электрическом токе всего транспортного средства включая зарядку аккумулятора обеспечивает генератор.
Большие изменения в скорости двигателя означают то, что генератор должен иметь регулятор для того, чтобы выходное напряжение было приближено, насколько это возможно, к постоянному напряжению при рабочем диапазоне скорости.
 
МАГНИТНЫЙ ЭФФЕКТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Магнитный эффект – это одно из наиболее важных явлений, создаваемых электрическим током при рассмотрении нами технических применений, извлекаемых из него.
Если мы поместим компас над токопроводящим проводом, то стрелка компаса поворачивается крест-накрест по отношению к проводу. Это значит, что через прямолинейный проводник проходит ток, образующий вокруг него магнитное поле.
Сущность магнитного поля проявляется, когда токопроводящий провод протыкается через картон с разбросанными на нем металлическими опилками. Металлические опилки выравниваются в один ряд для демонстрации ясного примера концентрированных окружностей вокруг провода (верхний рисунок). Окружности более сконцентрированы возле провода, чем в дали от него. Хоть металлические опилки и показывают на картоне только лишь образец на одной плоскости, необходимо запомнить, что концентрированные окружности простираются по всей длине токопроводящего провода, таким образом образуя концентрированные цилиндры.
(На нижнем рисунке), при прохождении тока в проводе в направлении, указанном стрелкой, стрелка северного полюса компаса будет всегда указывать в одном направлении. Однако, при прохождении тока в проводе по противоположному направлению, указанному черной точкой на проводе, стрелка северного полюса компаса разворачивается и указывает на противоположное направление. Поскольку у стрелки всегда присутствует тенденция к само центрированию, то магнитные линии, или линии потока, поступают на его южный полюс и покидают северный, поэтому мы можем сделать вывод, что:
Магнитные линии имеют направление, — и изменяют его, во время изменения движения электрического тока в проводе от одного направления к другому.
 
Правило правой руки для прямолинейного проводника может быть использовано для выявления направления линий поля вокруг провода. Для применения правила сожмите провод протянув большой палец руки в направлении обычного движения тока (от положительного к отрицательному), то пальцы будут указывать на направление, в котором линии поля окружают проводник.
Измеряя количество линий поля, или силы магнетизма, мы можем сделать вывод:
1. Чем выше ток, проходящий в проводнике, тем сильнее магнитное поле.
2. Чем больше расстояние от проводника, тем слабее магнитное поле.
 
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ СОЗДАВАЕМОЕ КАТУШКОЙ, ЧЕРЕЗ КОТОРУЮ ПРОХОДИТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Если мы хотим увеличить значение магнитного поля, образуемого электрическим током, мы можем скрутить проводник так, чтобы образовались изгибы катушки рядом друг с другом или накладывались друг на друга.
На верхней картинке мы можем видеть, что линии магнитного потока окружают проводник. Теперь, мы говорим, что магнитный поток связан с катушкой.
Когда катушка намотана на сердечник магнитного материала такого как железо, то узел в сборе становится электромагнитным. В этом случае, сила магнитного поля сильно увеличивается (примерно в 2500 раз), так как воздух является плохим проводником магнитных линий. Тогда как железо – это хороший проводник.
Сила электромагнита – пропорциональна количеству изгибов проводов, а также проходящего в катушке тока в ампер, как показано на нижнем рисунке.
Электромагнит, один ампер которого проходит через 1000 изгибов и другой электромагнит, в котором 10 ампер проходят через 100 изгибов одинаковы, и каждый создаст изгибы 1000 ампер. Это является измерением силы магнитного поля.
 
24. ИНДУКТИВНАЯ ЭДС
При прохождении через проводник магнитного поля создается напряжение. Это называется – индуктивная ЭДС (электродвижущая сила).
Магнитное поле создается катушкой, на которую подается электрический ток. Магнитный поток связанный с изгибом, установленным на магнитном поле, окружающем катушку может быть изменен одним из следующих способов:
·Двигая изгиб ближе или дальше от катушки
·Вращая один из элементов,
·Изменением электрического тока, проходящего через катушку.
 
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Электродвигатель  – это механизм, преобразующий электрическую энергию в механическую.
Двигатель постоянного тока имеет неподвижную часть, создающую магнитное поле, которая называется – статор. Свободно вращающаяся часть (1) выполненная из обмотки и помещенная в ячейки цилиндра из ферромагнитного материала, называется ротор.
При прохождении через обмотки ротора электрического тока, ротор начинает вращаться. Результатом скорости вращения является применяемое на обмотки напряжение, а также нагрузка на двигатель. Направление вращения ротора зависит от электрического тока, скрещивающего обмотки и, следовательно, от применяемого напряжения.
 
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
Переменный электрический ток (частотой 50 Гц) имеет периодическую амплитуду и форму волны.
•Начиная с нулевой величины, электрический ток постепенно увеличивается до максимального значения (ImaX), а затем понижается до нулевой величины, после чего он идет до минимальной отрицательной величины, затем увеличивается, завершая цикл.
•Минимальное достигнутое значение равно противоположному максимальному значению, что выглядит как Imin = -Imax;
·Будучи положительной частью цикла, в котором электрический ток проходит на положительные значения, продолжительность двух фаз одинакова: вот почему их называют полупериодами.
·
После каждого периода электрический ток повторяет цикл совершенно идентичный предыдущему.
Время, необходимое для осуществления полного цикла называется – периодом. Период символически изображается буквой T и измеряется в секундах. Количество циклов, осуществленных за единицу времени (в секунду) называется – частотой. Частота символически изображается буквой f и измеряется в Герцах (Гц).
 
Краткое изложение электрических терминов
 

Постоянная ссылка на это сообщение: http://cnhufa.ru/?p=1022

Комментарии:

Добавить комментарий