Электрическое поле. Тема 1.1.1

изучение с качественной и количественной стороны установившихся режимов и переходных процессов в электрических цепях; ознакомление с современными инженерными методами анализа и синтеза электрических цепей, которые являются схемами замещения различных физических устройств и приборов.
Основные задачи в области ТЭЦ:
Основная задача ТЭЦ– изучение методов анализа и синтеза электрических цепей.
Задача анализа – расчет электрических величин для заданной цепи.
Задача синтеза – создание электрической цепи с заданными свойствами.
Цель курса:

Электрический заряд, электрическое поле Взаимодействие зарядов. Потенциал, напряжение. Классификация электрических цепей. Основные законы электрических цепей Закон Ома, законы Кирхгофа Принцип эквивалентности.
Изучаемые вопросы:

-изучить понятия электрического заряда и электрического поля.
- изучить понятия потенциал, напряжение.
- изучить основные законы электрических цепей.
Время: 1 час
Цель занятий

Электрический заряд, электрическое поле Взаимодействие зарядов.
Электрический заряд – физическая величина, характеризующая способность тел вступать в электромагнитные взаимодействия. Измеряется в Кулонах.
Элементарный электрический заряд– минимальный заряд, который имеют элементарные частицы (заряд протона и электрона).
Наэлектризовать тело – создать избыток и недостаток электронов. Способы: электризация трением и электризация соприкосновением.

Электрическое поле
Электрическое поле– материальная среда, через которую происходит взаимодействие электрических зарядов.
Свойства электрического поля:
Электрическое поле существует вокруг любого заряда. Если заряд неподвижен – поле электростатическое.
Электрическое поле действует на любой помещённый в него заряд согласно закону Кулона. Обнаружить электрическое поле можно только по его действию на другие заряды.
Электрическое поле существует в любой среде и распространяется с конечной скоростью: м/с.
Электрическое поле не имеет чётких границ. Действие его уменьшается при увеличении расстояния от заряда, его создающего.
Источники питания – это

Характеристики электрического поля:
Напряжённость(E) – векторная величина, равная силе, действующей на единичный пробный заряд, помещённый в данную точку.
Измеряется в Н/Кл.
Направление – такое же, как и у действующей силы.
Напряжённость не зависит ни от силы, ни от величины пробного заряда.

Виды полей:
Однородное электрическое поле– поле, вектор напряжённости которого в каждой точке одинаков по модулю и направлению.
Неоднородное электрическое поле– поле, вектор напряжённости которого в каждой точке неодинаков по модулю и направлению.
Примеры:
Вторичные источники питания – это

Система "заряд - электростатическое поле" или "заряд - заряд" обладает потенциальной энергией, подобно тому, как система "гравитационное поле - тело" обладает потенциальной энергией.
Физическая скалярная величина, характеризующая энергетическое состояние поля называется потенциалом данной точки поля. В поле помещается заряд q, он обладает потенциальной энергией W. Потенциал - это характеристика электростатического поля.
Потенциал

Разность потенциалов. Напряжение

Напряжение
Разность потенциалов называют еще электрическим напряжением при условии, что сторонние силы не действуют или их действием можно пренебречь.
Напряжение между двумя точками в однородном электрическом поле, расположенными по одной линии напряженности, равно произведению модуля вектора напряженности поля на расстояние между этими точками.

Классификация электрических цепей.
Параметрами электрической цепи называется величина, связывающая ток и напряжение на конкретном участке цепи (r – сопротивлением, L – индуктивностью, C – ёмкостью).
Элементами электрической цепи называют отдельные устройства входящие в электрическую цепь и выполняющие в ней определённую функцию.

Графические изображения элементов и их основные параметры

термины и определения:
Топология - это раздел математики, изучающий неколичественное соотношения между геометрическими объектами.
Схема – основное топологическое понятие теории цепей, это графическое изображение модели цепи, состоящая из ветвей и узлов.
Ветвь – участок цепи с неизменным током, находящийся между двумя узлами
Узел – место соединение трёх и более ветвей (формально узлом можно считать место соединения двух ветвей, такой узел называют простым, например разделяющая точка соединения двух последовательных ветвей, для обозначения на схеме).

По типу соединения элементов электрической цепи существуют следующие электрические цепи:
последовательная электрическая цепь;
параллельная электрическая цепь;
последовательно-параллельная электрическая цепь.
Последовательная электрическая цепь.
В последовательной электрической цепи (рисунок 2.) все элементы цепи последовательно друг с другом, то есть конец первого с началом второго, конец второго с началом первого и т.д.
Iобщ=I1=I2=I3
E=Uа-б=U1+U2+U3

Параллельная электрическая цепь.
В параллельной электрической цепи (рисунок 3.) все элементы соединены таким образом, что их начало соединены в одну общую точку, а концы в другую.
В этом случае у тока имеется несколько путей протекания от источника к нагрузкам, а общий ток цепи Iобщ будет равен сумме токов параллельных ветвей:
Iобщ=I1+I2+I3
Падение напряжения на всех резисторах будет равно приложенному напряжению к участку с параллельным соединением резисторов:
E=U1=U2=U3

Последовательно-параллельная электрическая цепь.
Последовательно-параллельная электрическая цепь является комбинацией последовательной и параллельной цепи, то есть ее элементы включаются и последовательно и параллельно.
Сглаживающий фильтр – это

Преобразования участков электрической цепи

Преобразования участков электрической цепи

Преобразования участков электрической цепи

Преобразования участков электрической цепи

Основные законы электрических цепей. Закон Ома:
Этот закон называется законом Ома для участка цепи и выражается он следующей формулой:
I = U/R
где
I = сила тока , А;
U = приложенное напряжение, В;
R = сопротивление, Ом.

Закон Ома для полной цепи

Законы Кирхгофа.
Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю:
ΣΙi = 0
Где i - число ветвей, сходящихся в данном узле.
Т.е., суммирование распространяется на токи в ветвях, которые сходятся в рассматриваемом узле.
Число уравнений, составляемых по первому закону Кирхгофа, определяется формулой: Nуp = Nу – 1,
Где Nу – число узлов в рассматриваемой цепи. Припишем токам, подтекающим к узлу знаки «+», а к токам, оттекающим от узла – знаки «-».
Тогда уравнение по первому закону Кирхгофа запишется так:
I1 – I2 + I3 – I4 = 0.

Составить уравнения для узлов

Второй закон Кирхгофа:
Алгебраическая сумма э.д.с. в любом замкнутом контуре цепи равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах этого контура:
Σ Ui = Σ Ei Σ IiRi = Σ Ei
Где i – номер элемента (сопротивления или источника напряжения) в рассматриваемом контуре. Число уравнений, составляемых по второму закону Кирхгофа, определяется формулой: Nуp = Nb – Nу + 1 – N э.д.с.
Где Nb – число ветвей электрической цепи; Nу - число узлов;
N э.д.с. - число идеальных источников э.д.с.
U1 – U2 + U3 = E1 – E3 – E4
Σ (Ui – Ei) = 0

Составить уравнения для контура и узлов

Ответ
1 ЗАКОН КИРХГОФА
I2-I4-I3=0
I6-I1-I2=0
I1+I3-I5=0
2 ЗАКОН КИРХГОФА
I1R1-I2R2-I3R3= -E1+E2+E3

Мощность в цепи постоянного тока

Из закона сохранения энергии следует, что вся мощность, поступающая в цепь от источников энергии, в любой момент времени равна всей мощности, потребляемой приемниками данной цепи.
То есть ΣPпотр. = ΣPист.
Мощность потребителей, которыми в цепях постоянного тока являются резисторы, определяется по формуле Pпотр. = I2R
Мощность источника э.д.с. определяется по формуле
Pэ.д.с. = EI где I – ток в ветви с источником э.д.с.
Если э.д.с. и ток этой ветви совпадают по направлению, то мощность Pэ.д.с. входит в выражение баланса со знаком «+», если не совпадают – то Pэ.д.с. – величина отрицательная. Мощность источника тока определяется по формуле: Pи.т. = IU
Составление баланса мощностей.

1.Что такое электрическое поле.
2.Закон Кулона.
3. Напряжённость электрического поля.
4.Классификация эл. Цепй.
5.Активные элементы электрических цепей.
6.Пассивные элементы электрических цепей.
7.Способы соединений элементов в цепи.
8. Закон Ома.
9.1 Закон Кирхгофа.
10.2Закон Кирхгофа.
11.Баланс мощности в электрической цепи.
Закрепление изученного материала