Подготовка экзамену. Добавить в избранное
 Скачать 0.52 Mb.
|
|
9.2(продолжение) сопротивлении. А на приёмной стороне параметры вновь возвращаются к исходным. Что очень удобно. В результате можно неплохо сэкономить на толщине проводов. Итак, начало активному использованию переменного тока положил Никола Тесла, создав двухфазный двигатель. А опыты по передаче энергии на значительные расстояния все расставили по своим местам: не очень удобно переносить производство в район Ниагарского водопада, гораздо проще проложить линию до места назначения.  Отличие переменного тока от постоянного Переменный ток обладает целым рядом свойств, которые отличают его от постоянного. Но мы вначале обратимся к истории открытия данного явления. Родоначальником явления переменного тока в обиходе человечества можно считать Отто фон Герике. Именно он первым заметил, что заряды бывают двух знаков. Следовательно, и ток может течь в разном направлении. Что касается Тесла, то он больше ориентировался на практическую часть, и в своих лекциях упоминает двух экспериментаторов британского происхождения: 1.Вильям Споттисвуд не удостоился даже странички в русскоязычной Википедии, что касается национальной части, то там даже не упоминается про работы с переменным током. Как и Георг Ом, учёный был прежде всего математиком, и остаётся лишь сожалеть, что с трудом можно узнать, чем именно занимался сей муж науки. 2.Джеймс Эдвард Генри Гордон был намного более близок к практической части вопроса применения электричества. Он много экспериментировал с генераторами и даже разработал один собственной конструкции мощностью 350 кВт. Очень много внимание уделял освещению и снабжению энергией заводов и фабрик. Считается, что первые генераторы переменного тока были созданы в 30-е годы XIX века. Тогда Майкл Фарадей экспериментировал с магнитными полями. Немногие знают, что это вызывало ревность у сэра Хемфри Дэви, который критиковал ученика за плагиат. Теперь уже сложно сказать, кто именно был прав, но факт остаётся фактом: переменный ток без малого полвека не был никем востребован. В первой половине XIX-го века уже существовал электрический двигатель. Но работал он от постоянного тока. Именно Никола Тесла впервые догадался, как реализовать теорию Араго о вращающемся магнитном поле. Для этого понадобились целых две фазы переменного тока (со сдвигом 90 градусов). Попутно Тесла отметил, что возможны и более сложные системы (в своём патенте). Вот почему много позже изобретатель трёхфазного двигателя, Доливо-Добровольский, не смог запатентовать своё детищеТаким образом, длительное время переменный ток никому не был нужен. А Эдисон даже всячески противился внедрению этого явления в обиход. Почему переменный ток используется чаще постоянного Никола Тесла и вопросы безопасности и эффективности Никола Тесла вступил в конкурирующую с эдисоновской компанию и всячески продвигал новое явление. Он настолько увлёкся, что часто ставил эксперименты и на себе. Но в отличие от сэра Хемфри Дэви, который укоротил свою жизнь, вдыхая различные газы, Тесла явно добился немалого успеха: прожил до 86-ти лет. Сам учёный обнаружил, что при изменении направления течения тока со скоростью выше 700 раз в секунду сам процесс становится сравнительно безопасным для человека. Во время своих лекций Тесла брал в руки лампочку с платиновой нитью накала и демонстрировал свечение прибора, пропуская через своё собственное тело токи высокой частоты. Он утверждал, что это 9.2(продолжение) не только безвредно, но даже приносит некоторую пользу для здоровья. Ток, протекая лишь по поверхности кожи, одновременно очищает её. Как говорил сам Тесла, экспериментаторы прежних дней (см. выше) не замечали столь удивительных явлений по следующим причинам: Несовершенные генераторы механического типа. Вращающееся поле использовалось в буквальном смысле: при помощи какого-либо двигателя раскручивался ротор. Такой принцип не мог дать токов высокой частоты. Это и сегодня ещё проблематично при нынешнем уровне развития технологии. В простейшем случае применялись ручные размыкатели. В этом случае вовсе нечего говорить о высоких частотах. Однако вопросы безопасности и по сей день не фигурируют на первом месте. Следует сказать, что частоту 60 Гц (общепринятая в США) предложил сам Никола Тесла, как оптимальную для функционирования двигателей собственной конструкции. Это сильно отличается от безопасного диапазона. В то же время, проще сконструировать и генератор. И в любом случае переменный ток в обоих смыслах выигрывает у постоянного.
Где используется переменный ток Можно сказать, таким образом, что переменный ток лежит в основе принципа действия большинства известных сегодня приборов. Проще сказать, где применяется постоянный, а читатели сами уже сделают выводы: 1. Постоянный ток широко применяется в аккумуляторах. По той простой причине, что переменный существует лишь в движении – он не может храниться. Затем в приборе электричество уже преобразуется в нужную форму. 2. КПД коллекторных двигателей постоянного тока выше. По этой причине в некоторых случаях выгодно применять именно эти разновидности. 3. При помощи постоянного тока могут действовать различные магниты. Например, в домофонах. 4. Постоянное напряжение широко применяется в электронике. Потребляемый ток при этом варьируется в некоторых пределах. Но в промышленности он тоже носит название постоянного. 5. Постоянное напряжение применяется в кинескопах для создания потенциала и увеличения эмиссии с катода. Можно считать эти случаи аналогом блоков питания полупроводниковой техники, хотя иногда различие весьма значительно. Во всех остальных случаях переменный ток имеет весомое преимущество. Прежде всего, благодаря возможности применения трансформаторов. Даже в сварке теперь уже далеко не всегда господствует постоянный ток, но в любом современном оборудовании этого типа имеется инвертор. Так гораздо проще и удобнее получить достойные технические характеристики. Хотя исторически первыми получены были статические заряды. Взять хотя бы шерсть и янтарь, с которыми работал Фалес Милетский. Техника безопасности в обращении с электрическим током. Действие электрического тока на организм человека Опасность поражения людей электрическим током зависит от конструкции электрической сети, рода тока, рабочего напряжения, источника питания, состояния изоляции, ограждения и других факторов. Основные причины электротравм: неудовлетворительное ограждение токоведущих частей от случайного к ним прикосновения; выполнение работ под напряжением без соблюдения необходимых мер безопасности; неудовлетворительное заземление электроустановок; выполнение работ без защитных средств, когда применение их обязательно; несоответствие машин, аппаратов, кабелей и проводов условиям эксплуатации; работа подъемно-транспортных машин вблизи электрических проводов воздушных линий без соблюдения необходимых мер безопасности; применение переносного ручного электроинструмента, работающего на недопустимом напряжении в условиях повышенной опасности, и др Прохождение электрического тока через организм человека оказывает действие: - термическое, - электростатическое, - биологическое 9.2(продолжение) Термическое действие тока проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве крови, кровеносных сосудов Электростатическое — в разложении крови Биологическое — в раздражении живых тканей организма, что может привести к прекращению деятельности органов кровообращения и дыхания Факторы, влияющие на исход поражения человека электрическим током - величина тока - его напряжения - частота - сопротивление человека - продолжительность воздействия - пути тока - индивидуальных свойств человека - условия окружающей среды Для человеческого организма опасны как переменный, так и постоянный ток. Наиболее опасен переменный ток, имеющий частоту 50 Гц; ток частотой 400 Гц менее опасен. В результате действия электрического тока человек может получить электрический удар, вызывающий поражение его внутренних органов, либоэлектротравму, то есть наружные поражения ткани. Виды электрических травм: Токовой ожог — ожог кожи в месте контакта тела с токоведущей частью в электроустановках с напряжением не выше 2 кВ. Электрическая дуга, обладающая высокой температурой и большой энергией, может вызывать обширные ожоги тела, обугливание и даже бесследное сгорание больших участков тела. Электрические знаки— это пятна серого и бледно-желтого цвета, царапины, ушибы на поверхности кожи человека, подвергнувшейся воздействию тока. Форма знака может соответствовать форме токоведущей части, которой коснулся пострадавший. Лечение электрических знаков в большинстве случаев завершается благополучно, пораженное место восстанавливает чувствительность и эластичность. Металлизация кожи - проникновение в верхние слои кожи мельчайших частиц металла. Работы, при которых есть вероятность возникновения электрической дуги, следует выполнять в очках, а одежда работающего должна быть застегнута на все пуговицы. Электроофтальмия — это воспаление наружных оболочек глаз в результате воздействия мощного потока ультрафиолетовых лучей при электрической дуге. Электрический удар–поражение организма, при котором наблюдаются явления паралича мышц опорно-двигательного аппарата, мышц грудной клетки, мышц желудочков сердца. Степени электрического удара: Ощутимый ток – вызывающий ощутимые раздражения Неотпускающий ток – вызывающий непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник Фибрилляционный ток – вызывающий фибрилляцию сердца
10.1 Звуковые волны. Скорость звука. Громкость звука. Высота тона. Эхо. Упругие волны в диапазоне с частотами от 16 Гц до 20 кГц называют звуком. При распространении звуковой волны в пространстве распространяются сжатия и разрежения среды. Любое тело, колеблющееся со звуковой частотой, создаёт в окружающей среде звуковую волну. Звуковые волны, подобно всем другим волнам, распространяются с конечной скоростью. Скорость звука в воздухе при 00С равна 331 м/с. Она примерно равна средней скорости теплового движения молекул. Скорость звука зависит от температуры среды и от её агрегатного состояния. В воде скорость звука больше, чем в воздухе. При температуре 80С скорость звука в воде равна 1435м/с. В твёрдых телах скорость звука ещё больше, чем в жидкостях. Громкость звука определяется амплитудой колебаний. У громких звуков амплитуда больше, у тихих – меньше. Звуковые колебания, происходящие по гармоническому закону, воспринимаются человеком как определённый музыкальный тон. Колебания высокой частоты воспринимаются как звуки высокого тона, колебания низкой частоты – как звуки низкого тона. Эхо – это отраженная звуковая волна. 10.1 Волны. Продольные и поперечные волны. Длина волны, её связь со скоростью распространения волны и частотой колебаний. Волнойназывают колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени. Например, волны на поверхности воды, звуковые волны, волны, волны землетрясений, пробегающие по резиновому шнуру и т. д. Волны переносят энергию из одной точки пространства в другую. Энергия поступает от источника, возбуждающего колебания. Если колебания происходят вдоль направления распространения волны, то волна называется продольной. Пример: звуковые волны. Если колебания происходят перпендикулярно направлению распространения волны, то волна называется поперечной. Пример: волны на поверхности воды. Длина волны – это расстояние между ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Длина волны обозначается буквой λ, измеряется в метрах. Связь между длиной волны λ, скоростью волны υ и периодом колебаний T определяется формулой:  .Т.к. , то скорость волны связана с частотой колебаний уравнением:  .10.2 Колебательный контур. Частота свободных колебаний. Электрическим колебательным контуром называется система, состоящая из конденсатора и катушки, соединённых между собой в замкнутую электрическую цепь. При подключении обкладок заряженного конденсатора к концам катушки в ней возникает электрический ток, и энергия электрического поля заряженного конденсатора начинает превращаться в энергию магнитного поля. Сила тока в катушке возрастает до тех пор, пока не разрядится конденсатор. Затем сила тока начинает уменьшаться, а конденсатор начинает заряжаться вновь. Так будет происходить, пока колебания не затухнут. Периодические изменения силы тока в катушке и напряжения между обкладками конденсатора без потребления энергии от внешних источников называются свободными электромагнитными колебаниями. Частота свободных колебаний вычисляется по формуле:  ,где L – индуктивность катушки; измеряется в Генри (Гн), C – электроёмкость конденсатора; измеряется в Фарадах (Ф). 11.1.Агрегатные состояния вещества и фазовые переходы, их объяснения на основе молекулярно-кинетической теории. В зависимости от условий одно и то же вещество может находиться в различных состояниях: в твёрдом, жидком или газообразном (например, вода, лёд, водяной пар). Эти состояния называются агрегатными. Молекулы одного и того же вещества в твёрдом, жидком или газообразном состоянии одни и те же, ничем не отличаются друг от друга, меняется их взаимное расположение. В газах расстояние между атомами и молекулами в среднем во много раз больше размеров самих молекул. Молекулы с огромными скоростями движутся в пространстве. Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу. Они колеблются около положений равновесия, сталкиваясь с соседними молекулами. Иногда молекулы совершают перескоки с места на место. У твёрдых тел атомы и молекулы занимают строго упорядоченные положения в пространстве, образуя кристаллическую решётку. Переход вещёства из одного состояния в другое называют фазовым переходом. Изменение внутренней энергии может приводить к изменению агрегатного состояния. При нагревании молекулы начинают больше колебаться и двигаться, и расстояние между ними увеличивается. Переход вещества при определённой температуре из твёрдого состояния в жидкое называется плавлением. Переход вещества из жидкого состояния в твёрдое называется отвердеванием или кристаллизацией. Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется испарением. Переход вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией. 11.2Трансформатор. Производство, передача электроэнергии, её использование. Трансформатор – это устройство, преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения. Трансформатор был изобретён в 1878 г. русским учёным Яблочковым. Самый простой трансформатор состоит из двух катушек, надетых на замкнутый стальной сердечник. Его работа основана на явлении электромагнитной индукции. Одна из катушек, называемая первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Другая катушка, к которой присоединяют нагрузку, т.е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. На катушках разное число витков провода. Трансформаторы бывают либо понижающими напряжение, либо повышающими. Если обозначить число витков на первичной катушке – N1, а число витков на вторичной катушке – N2, то для трансформатора выполняется равенство:  ,где  – напряжение на вторичной катушке,  При  Производится электроэнергия генераторами на электростанциях. Основные части генератора: ротор (движущаяся часть) и статор (покоящаяся часть). Например, при вращении ротора (электромагнита) создается переменное магнитное поле, которое действует на статор (катушку) и в ней образуется переменный ток. На электростанции созданный переменный ток поступает на повышающие трансформаторы, которые увеличивают напряжении. При этом сила тока уменьшается, и уменьшаются потери энергии при передаче тока на большие расстояния. Когда ток доходит до потребителей электроэнергии (город, завод, транспорт и т.п.), то напряжение уменьшают с помощью понижающих трансформаторов. Обычно понижение напряжение производят в несколько этапов. На каждом этапе напряжение становится всё меньше, а территория, охватываемая электрической сетью, - всё шире. | |||||||||||||||||||