Лекции радиотехника и электротехника. ЛЕКЦИИ_КОЛОДЕЖ_ЮВ_Электротехника_и_электроника. Москва 2012 Содержание
 Скачать 4.47 Mb.
|
Закон ОмаЗакон Ома – это основополагающий закон электротехники. Он связывает между собой три величины: ток, сопротивление и напряжение. Его нужно не просто знать, его нужно чувствовать. Почувствовать закон Ома просто, достаточно понять электрическое сопротивление. Электрическое сопротивление – это сопротивление движению заряженных частиц, то есть току, следовательно, чем больше сопротивление, тем меньше сила тока. Это самая приемлемая формулировка закона Ома. Она отражает его суть. Сопротивление определяет силу тока (так как источник электрической энергии стабилен и не меняется, он задаёт начальные условия). Существуют три разновидности закона Ома: Закон Ома для участка цепи; Закон Ома для активного участка цепи Закон Ома в дифференциальной форме Закон Ома для участка цепиЭто самая простая форма закона Ома.   Все три параметра: I – сила тока, U- напряжение и R – сопротивление относятся к одному пассивному участку электрической цепи (ветви или её части), поэтому, бессмысленно применять эту формулу, не определив совершенно четко начало участка и его конец.На рисунке 1а выделим участок от узла А через узел В к узлу Г. Применить указанную формулу для этого участка нельзя, т.к. на участке два тока и, следовательно, две ветви, хотя участок пассивный. Выделим участок от узла Г через R1 до узла А. Хотя это одна ветвь, но она активная и применить указанную формулу также нельзя. Но для участка содержащего только сопротивление R1 (пассивный участок этой ветви), её применить можно. Ещё одно очень важное замечание. Величины I и U могут быть как положительными, так и отрицательными. Как и везде их знак определяется в зависимости от выбранного положительного направления. Здесь надо помнить, что эти величины не вектора, а направление нужно понимать как направление движения положительных зарядов по проводнику. (Смотри раздел «Источники электрической энергии»). На рисунке 1 ток I2 имеет направление от узла А к узлу Б, тем самым подразумевается, что узел А имеет потенциал выше, чем узел Б. Такое же направление на этом участке должно иметь напряжение U. Отсутствие индексов у напряжения не совсем корректная запись. Правильнее было бы написать:  = = , в знаменателе стоит сопротивление R2, сопротивление этого участка. Напряжение UАБ=(φА-φБ) >0, UБА=( φБ- φА) <0, где φА и φБ потенциалы электрического поля в проводнике в точках (узлах) А и Б.Как видно из выше сказанного «не такая это «самая простая» форма закона Ома Закон Ома для активного участка цепиУчасток называется активным, если внутри участка находится активный элемент, то есть источник электрической энергии. Изобразим отдельно активный участок цепи, представленной на рисунке 1. Смотри рисунок 2. Так как электрический ток имеет направление на участке от Г к А, то потенциал точки Г выше потенциала точки А (ток всегда направлен от точки с большим потенциалом), следовательно, напряжение на участке также имеет положительное направление от Г к А. Оно представляет собой алгебраическую сумму двух напряжений:  Рисунок 2. Активный участок цепи напряжения на резисторе R1 , совпадающее по направлению с UГА и напряжения на клеммах источника Е, (точки А и К), направленное по правилу положительного направления для напряжений на участке А и К (от точки с большим потенциалом, то есть, от «плюса» источника). Напряжение UE не совпадает по направлению с UГА. Таким образом, UГА = UR1 - UE Напряжение UR1 в электротехнике называется падение напряжения, так как напряжение падает (уменьшается) от точки Г к точке К и определяется по Закону Ома для участка Г-К UR1 = I1R1 Термин «падение напряжения» сохраняется даже, если потенциал будет увеличиваться от Г к К, например, если ток будет противоположного направления. Другими словами, если напряжение определяется по закону Ома, то оно называется падением напряжения, если через разность потенциалов, то это напряжение. Напряжение UE = Е, так как внутреннее сопротивление источника ЭДС равно нулю и внутри ЭДС не происходит падения напряжения. Т.о. UГА = I1R1 – Е или отсюда в общем виде I =  Уже понятно, какое колоссальное значение имеют в электротехнике правила знаков величин. Чаще приходится пользоваться нижней формулой. Определим правила знаков. Если напряжение совпадает с током по направлению, то оно берётся в числителе с плюсом Если ЭДС совпадает с током по направлению (как бы ему «помогает»), то она берётся в числителе с плюсом На рисунке 2 точка Г заземлена. Потенциал точки, соединённой с Землёй всегда равен нулю. Заземлять в электрической цепи можно только одну точку, иначе появится ещё один узел с нулевым потенциалом, что приведёт к изменению значений токов в цепи. Итак, потенциал точки Г равен нулю. Потенциал точки К был бы равен потенциалу точки Г, если бы не было тока в R1, а ток создаёт падение напряжения (ток течет к точке К), следовательно, потенциал точки К меньше, чем в Г, следовательно, чтобы уменьшить, нужно отнять падение напряжения на  φк = φг – I1R1 Потенциал точки А был бы равен потенциалу точки К, если бы не было ЭДС. Источник энергии Е своим «плюсом» (высокий потенциал) направлен к точке А, следовательно, в точке А он повышает потенциал φА = φк + Е или, подставив значение φк φА = φг – I1R1 + Е Напряжение UАГ = φА - φг = – I1R1 + Е, т.к. φг = 0. Результат совпадает с полученным результатом ранее. Рассмотренная методика позволяет определить потенциал в любой точке схемы. Закон Ома в дифференциальной формеДифференциальная форма используется при изменении значений тока или напряжения (нестационарные значения). На сопротивлении R форма изменения падения напряжения «u» полностью повторяет форму изменения тока «i». u = iR Из курса физики известно, что напряжение на индуктивности пропорционально скорости изменения тока в ней. uL = L  Также известно, что ток в ёмкости пропорционально скорости изменения напряжения на ней. ic = C  Последние две формулы являются формулами закона Ома в дифференциальной форме. |