Шпаргалка по "Физике"

1.1) Применение прибора. Приборы магнитоэлектрической системы применяют для измерения тока и напряжения в электрических цепях постоянного тока. В частности, на э.п.с. и тепловозах их используют в качестве амперметров и вольтметров. В амперметрах и вольтметрах катушка прибора имеет различное сопротивление и включается по различным схемам (см. § 101).

Для уменьшения проходящего по катушке тока и компенсации влияния температуры на показания прибора в вольтметрах последовательно с катушкой включают добавочный резистор, который обычно встраивается в корпус прибора. Сопротивление этого резистора значительно больше сопротивления катушки, и он выполнен из материала, электрическое сопротивление которого весьма мало зависит от температуры (константан, манганин и пр.). В амперметрах параллельно катушке прибора часто включают образцовый резистор, называемый шунтом.

Сопротивление шунта  значительно меньше сопротивления  катушки прибора, вследствие чего измеряемый ток в основном проходит по шунту. Шунты и добавочные резисторы  служат для расширения пределов измерения  приборов.

Из принципа действия магнитоэлектрического прибора  следует, что направление отклонения его стрелки зависит от направления  тока I, проходящего по катушке. Следовательно, при включении этих приборов в  цепь постоянного тока должна быть соблюдена правильная полярность, при  которой стрелка отклоняется  в требуемую сторону. Для переменного  тока магнитоэлектрические приборы  непригодны, так как при питании  катушки переменным током среднее  значение создаваемого ею вращающего момента равно нулю и стрелка  прибора будет стоять на нуле, испытывая  чуть заметные колебания.

Достоинством приборов магнитоэлектрической системы являются равномерность шкалы, высокая точность и независимость показаний от посторонних магнитных полей. К  недостаткам их относятся непригодность  для измерения переменного тока, необходимость соблюдения полярности при включении и чувствительность к перегрузкам (при перегрузке тонкая проволока катушки и спиральные пружины, подводящие к ней ток, могут  сгореть).

 

1.3) Электри́ческая цепь  — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятийсила тока и напряжение.

Контур электрической  цепи представляет собой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям

 

1.4) Основными величинами, характеризующими каждую точку электрического поля, являются потенциал и напряженность поля.

При внесении электрического заряда в электрическое поле приходится   затрачивать  определенную   работу   на   преодоление  сил этого поля.

Величина, определяющая запас  энергии (потенциальную энергию) единицы количества электричества, находящейся в данной точке электрического поля, называется потенциалом.

Потенциал данной точки электрического поля численно равен работе, затрачиваемой  на внесение заряда в один кулон  из бесконечности в эту точку поля. Эта работа равна потенциальной энергии, которой обладает заряд в один кулон в рассматриваемой точке поля.

Таким образом,

Работа А сил электрического поля определяется произведением силы на путь

А=FS, 

 

где F— сила, н,    

  S — путь, м,    

  А — работа, н-м,      

q — количество электричества, к.

Подставив   эти   величины   в   формулу   ,   получим: [j]^[5] =  . Поскольку 1н • 1м = 1 дж, то [j] =  . Единица дж/к называется вольтом (в). Следовательно, потенциал измеряется в вольтах

1.5) Ток в ветви может иметь отрицательное значение. Это означает, что действительное направление тока противоположно выбранному нами.

Потенциал поля - это энергетическая характеристика поля, характеризует потенциальнную энергию, которой обладал бы положительный единичный заряд, помещенный в данную точку поля.

Единица электрического потенциала - вольт (В).

Потенциал поля равнен отношению потенциальной энергии заряда к этому заряду:

Потенциал поля является энергетической характеристикой электрического поля и как скалярная величина может принимать положительные или отрицательные значения.

Физический смысл имеет  разность потенциалов поля, так как через нее выражается работа сил поля по перемещению заряда.

Потенциал электрического поля точечного заряда Q в точке:

 

1.6) Для построения потенциальной диаграммы выбирают замкнутый контур. Этот контур разбивают на участки таким образом, чтобы на участке находился один потребитель или источник энергии. Пограничные точки между участками необходимо обозначить буквами или цифрами.

Произвольно заземляют одну точку контура, её потенциал условно  считается нулевым. Обходя контур по часовой стрелке от точки с  нулевым потенциалом, определяют потенциал  каждой последующей пограничной  точки как алгебраической суммы  потенциала предыдущей точки и изменения  потенциала между этими соседними  точками.

Изменение потенциала на участке зависит от состава  цепи между точками. Если на участке  включен потребитель энергии (резистор), то изменение потенциала численно равно  падению напряжения на этом резисторе. Знак этого изменения определяют направлением тока. При совпадении направлений тока и обхода контура  знак отрицательный, в противном  случае он положительный.

Если на участке находится  источник ЭДС, то изменение потенциала здесь численно равно величине ЭДС  данного источника. При совпадении направления обхода контура и  направления ЭДС изменение потенциала положительно, в противном случае оно отрицательно.

После расчета потенциалов  всех точек строят в прямоугольной  системе координат потенциальную  диаграмму. На оси абсцисс откладывают  в масштабе сопротивление участков в той последовательности, в которой  они встречались при обходе контура, а по оси ординат – потенциалы соответствующих точек. Потенциальная  диаграмма начинается с нулевого потенциала и заканчивается после  обхода контура таковым.

Построение потенциальной  диаграммы электрической цепи

В данном примере потенциальную  диаграмму строим для первого  контура цепи, схема которой изображена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема сложной  электрической цепи

В рассматриваемый контур входят два источника питания E1 и E2, а также два потребителя  энергии r1, r2.

Разбиваем данный контур на участки, границы которых обозначаем буквами a, b, c, d. Заземляем точку а, условно считая её потенциал нулевым, и обходим контур по часовой стрелке  от этой точки. Таким образом, φa = 0.

Следующей точкой на пути обхода контура будет точка b. На участке  ab находится источник ЭДС Е1. Так как на данном участке мы идем от отрицательного полюса источника к положительному, то потенциал повышается на величину Е1:

φb = φa + E1 = 0 + 24 = 24 В

При переходе от точки b к  точке c происходит уменьшение потенциала на величину падения напряжения на резисторе r1 (направление обхода контура  совпадает с направлением тока в  резисторе r1):

φс = φb - I1r1 = 24 - 3 х 4 = 12 В

При переходе к точке d потенциал  возрастает на величину падения напряжения на резисторе r2 (на этом участке направление  тока встречно направлению обхода контура):

φd = φc + I2r2 = 12 + 0 х 4 = 12 В

Потенциал точки а меньше потенциала точки d на величину ЭДС источника E2 (направление ЭДС встречно направлению обхода контура):

φa = φd - E2 = 12 - 12 = 0

Результаты расчета используют для построения потенциальной диаграммы. На оси абсцисс откладывают сопротивление  участков в той последовательности, как они встречаются при обходе контура от точки с нулевым  потенциалом. Вдоль оси ординат  откладывают рассчитанные ранее  потенциалы соответствующих точек (рисунок 2).

Рисунок 2. Потенциальная диаграмма контура

 

 

1.7) Из потенциальной диаграммы можно найти напряжение между двумя любыми точками как разность потенциалов между ними.

 

 

 

 

2.1) В тех случаях, когда трехфазная цепь в целом симметрична, а несимметрия носит локальный характер (местное короткое замыкание или обрыв фазы, подключение несимметричной нагрузки), для расчета удобно применять теорему об активном двухполюснике.

 

2.2) При мысленном устранении несимметрии (несимметричного участка) для оставшейся цепи имеет место симметричный режим холостого хода. В соответствии с методом эквивалентного генератора теперь необходимо определить эквивалентные ЭДС и входные сопротивления симметричной цепи. В общем случае – при несимметрии в системе фазных напряжений источника – помимо эквивалентной ЭДС прямой последовательности    будут также иметь место эквивалентные ЭДС обратной    и нулевой    последовательностей. Однако обычно напряжения генераторов симметричны – тогда   . Величина   , соответствующая напряжению холостого хода    на зажимах подключения  локальной несимметрии, определяется при отключении локальной несимметричной нагрузки любым известным методом расчета линейных цепей, причем в силу симметрии цепи расчет проводится для одной фазы.

В отдельности рассчитываются входные сопротивления симметричной цепи для различных последовательностей, которая предварительно преобразуется  известными методами в пассивную  цепь. При этом при расчете входного сопротивления нулевой последовательности    необходимо учитывать только те участки цепи, которые соединены с нейтральным проводом или заземленной нейтральной точкой, т.е. принимать во внимание только те ветви, по которым могут протекать токи нулевой последовательности. Схемы для расчета входных сопротивлений прямой и обратной последовательностей одинаковы, однако в случае вращающихся машин величины этих сопротивлений различны.

 

2.6) Двухполюсником называется часть электрической цепи любой сложности и произвольной конфигурации, выделенная относительно двух зажимов (двух полюсов).     

 Двухполюсник, не  содержащий источников энергии  или содержащий скомпенсированные  источники (суммарное действие  которых равно нулю), называется  пассивным. Если в схеме двухполюсника  имеются нескомпенсированные источники, он называется активным. На схеме двухполюсник обозначают прямоугольником с двумя выводами (рис. 1.14). Это обозначение можно условно рассматривать как коробку, внутри которой находится электрическая цепь.

 

2.7)     

Пассивный двухполюсник является потребителем энергии и  может быть заменен эквивалентным  сопротивлением, величина которого равна  входному сопротивлению двухполюсника (см., например, рис. 1.15).

    

Активный двухполюсник ведет себя как генератор. Находящиеся  внутри него нескомпенсированные источники отдают энергию во внешнюю цепь (рис. 1.16, а). Можно попытаться подобрать источник энергии с ЭДС Е_Э и внутренним сопротивлением R_Э, который будет эквивалентен двухполюснику, то есть будет создавать во внешней цепи тот же самый ток (рис. 1.16, б).    

Полученный генератор  должен быть эквивалентен двухполюснику  в любом режиме, в том числе  и в режимах холостого хода и короткого замыкания. Источники  энергии, входящие в состав активного  двухполюсника, в режиме холостого  хода создают на его зажимах напряжение U_Х (рис. 1.17, а), а при коротком замыкании вызывают ток I_K (рис. 1.17, б).

    

Из схем, приведенных  на рис. 1.17, следует:

    

Итак, любой активный двухполюсник может быть заменен  эквивалентным генератором, ЭДС  которого ЕЭ равна напряжению холостого  хода двухполюсника, а внутреннее сопротивление RЭ напряжению холостого хода, деленному  на ток короткого замыкания.    

Это утверждение  и есть теорема об активном двухполюснике (эквивалентном генераторе).     

Пример 1.4. Заменить активный двухполюсник, выделенный пунктиром на рис. 1.18, а, эквивалентным генератором (рис. 1.18, б). Численные значения параметров цепи составляют: Е1 = 200 В, Е2 = 100 В, R1 = 50 Ом, R2 = 20 Ом, R3 = 20 Ом.

    

Р е ш е н и е. Напряжение холостого хода, определяющее величину ЭДС эквивалентного генератора, можно найти по схеме на рис. 1.19, а любым известным способом.

    

Воспользуемся, например, методом контурных токов. Принимая в качестве контурных токи I_1Х для левого контура и I_3Х для правого, записываем контурные уравнения, из которых определяем контурные токи:

    

Напряжение холостого  хода – это напряжение между точками m и n. Оно равно падению напряжения на сопротивлении R3:    

Ux=Umn=I_3X*R3=75 (B)    

Применим теперь метод узловых потенциалов.    

Принимая потенциал  узла n равным нулю (φ_n = 0), для узла m запишем узловое уравнение:

    

Получили тот  же самый результат.    

Приступаем к  расчету режима короткого замыкания. Ток IK в схеме на рис. 1.19, б найдем методом наложения. При действии только первой ЭДС ее ток проходит по первой ветви и, минуя вторую и  третью ветви, замыкается по проводнику, закорачивающему зажимы двухполюсника:

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1) - индуктивное сопротивление - это сопротивление проводника, включенного в цепь переменного тока и неимеющего заметного активного сопротивления и емкости, но имеющий заметную индуктивность L. 
 
 - индуктивное сопротивление проводника переменному току. 
 
- действующие значения силы тока и напряжения связаны соотношением, аналогичным закону Ома.

 

3.2)

с повышением частоты инд-е увеличивается, емкост-е уменьшается   и наоборот

есть такое понятие - круговая частота ОМЕГА, = 2(пи)*f. А сопротивление  емкости и индуктивности:  
Xc=1/ОМЕГА*С, Xl=ОМЕГА*L Вот и смотри кака зависит от частоты.