Файл: Филаткин К.М. Радиометрист штурманский учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.06.2024
Просмотров: 98
Скачиваний: 0
Но для источника. От коротких замыканий электрические цепи предохраняются защитными устройствами, работа которых основана на тепловом действии электрического тока. К таким устройствам относятся предохранители. Главным элементом предохранителя является плавкая вставка, роль и назначение которой при больших токах в цепи перегорать и тем самым обрывать цепь.
§ 5. Сложная электрическая цепь
Кроме простых электрических цепей, в электротех нике часто встречаются сложные или разветвленные це пи. Для расчета сложных цепей, кроме законов, рас смотренных в предыдущих параграфах, широко исполь зуются законы Кирхгофа.
Первый закон Кирхгофа определяет соотношение между токами в точке разветвления цепи. Он формули руется следующим образом: «Сумма токов, подходящих к любому узлу, равна сумме токов, отходящих от этого узла».
Второй закон Кирхгофа определяет соотношение между э.д.с. источников и падением напряжения в замк нутой цепи с последовательно включенными потребите лями и источниками электрической энергии. В соответст вии со вторым законом Кирхгофа можно сказать, что: «Во всяком контуре замкнутой электрической цепи ал гебраическая сумма электродвижущих сил равна алге браической сумме падений напряжений».
§6. Соединение потребителей
Всложной цепи потребители могут быть включены последовательно, параллельно или смешанно.
Последовательным соединением сопротивлений на зывается такое соединение, при котором конец первого сопротивления соединяется с началом второго, конец второго с началом третьего и т. д. Последовательное соединение сопротивлений характеризуется следующими закономерностями: по всем сопротивлениям проходит один,и тот.же ток; общее напряжение, подводимое к се ти, уравновешивается суммой падений напряжений на каждом из сопротивлений; общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех участков цепи.
34
Параллельным соединением сопротивлений называет ся такое соединение, при котором начало сопротивле ний присоединено к одной общей точке, а концы — к другой. При параллельном соединении ток разветвля ется по параллельным участкам цепи и, пройдя эти участки, суммируется вновь в общий то.к, напряжение на всех параллельных ветвях одинаково и равно подво димому.
Общая проводимость равна сумме проводимостей параллельно включенных ветвей.
Смешанное соединение сопротивлений характеризу ется сочетанием в одной цепи как последовательно, так и параллельно включенных сопротивлений.
При смешанном соединении с изменением сопротив ления любого участка цепи происходит перераспреде ление токов и напряжений на всех участках цепи.
§ 7. Химические источники тока
Гальваническая цепь «есть не что иное, как приспо собление, аппарат, превращающий освобождающуюся химическую энергию в электричество, подобно тому, как паровая машина превращает доставляемую ей теплоту в механическое движение, причем в обоих случаях со вершающий превращение аппарат не прибавляет еще от самого себя какой-либо добавочной энергии». Эти слова Ф. Энгельса очень точно характеризуют работу химических источников тока, процесс возникновения э.д.с. в которыхопределяется химическими реакциями между основными частями источника тока — его по ложительным и отрицательным электродами.
Наиболее простым источником постоянного тока яв ляется гальванический элемент. Он состоит из цинковой и медной пластинок, помещенных в раствор кислоты. Пластинки называются электродами, их выводы — по люсами, а раствор — электролитом. В результате хи мической реакции, происходящей в гальваническом эле менте мел<ду электродами и электролитом, на цинковом электроде образуется избыток электронов — отрица тельный заряд, а на медном электроде недостаток элек тронов — положительный заряд. Если замкнуть эти электроды, создав электрическую цепь, то по ней пой дет ток.
3: |
35 |
Напряжение одного гальванического элемента весь* Ма малое, поэтому их соединяют в батареи. Источники электрической энергии так же, как и потребители элек троэнергии, могут быть соединены последовательно, па раллельно и смешанно.
При последовательном соединении источников тока плюсовый вывод первого источника соединяется с ми нусовым второго, плюсовый второго — с минусовым третьего и т. д. Последовательное соединение источни ков характеризуется следующими особенностями: э.д.с. источников направлены в одну сторону и, следователь но, складываются; внутренние сопротивления также складываются; через каждый источник проходит полный ток цепи. Эта закономерность обусловливает примене ние батарей с последовательным включением элемен тов, так как во избежание выхода батарей из строя от нее можно брать ток не выше допустимого для каждого из последовательно включенных источников. При парал лельном соединении источников соединяют между со бой зажимы одноименной полярности. Параллельное соединение источников с одинаковыми э.д.с. характери зуется следующими особенностями: общая э.д.с. на за жимах источников равна э.д.с. каждого источника в отдельности; общий ток в цепи равен сумме токов от дельных источников.
Во избежание уравнительных токов и перегрузки ис точников параллельно соединяют только источники с одинаковой э.д.с. и одинаковыми допустимыми разряд ными токами.
Смешанное соединение характеризуется наличием в цепи как последовательно, так и параллельно включен ных источников. Оно характеризуется следующими осо бенностями: общая э.д.с. равна суммарной э.д.с. каж дой параллельной ветви; общий ток в цепи равен сум ме токов, отдаваемых параллельно включенными источ никами.
§ 8. Магнетизм и электромагнетизм
Тела, обладающие свойством притягивать к себе же лезо, кобальт, никель и их сплавы, называют магнита ми, а само явление — магнетизмом. Каждая молекула железа обладает магнитными свойствами и имеет се-
36
верный и южный полюсы. Эти маленькие магнитики на зываются молекулярными магнитами. В ненамагниченном железе эти магниты расположены беспорядочно (рис. 9,я). Их совокупность не обнаруживает магнит ных свойств при взаимодействии с окружающими тела ми. В намагниченном железе молекулярные магниты расположены упорядоченно: один рядом с другим и один под другим (рис. 9,6).
s |
5 |
|
Рис. 9. Магнитное поле и магнитные силовые линии |
В |
пространстве, окружающем магнит, действуют |
магнитные силы, образующие магнитное поле, которое принято условно изображать магнитно-силовыми лини ями (рис. 9,е).
Магнитные силовые линии обладают следующими свойствами: имеют форму замкнутых линий, стремя щихся пройти по кратчайшему пути; выходят нз север ного полюса и входят .в южный, нигде не пересекаясь; направленные в одну сторону ■— притягиваются, а иду щие навстречу — отталкиваются.
Общее количество магнитных силовых линий, про ходящих через какую-либо площадь, называется маг нитным потоком. Число магнитно-силовых линий маг нитного потока, приходящихся на единицу площади, на зывается магнитной индукцией. Магнитная индукциязависит от магнитных свойств среды и определяется ее магнитной проницаемостью.
Магнитная проницаемость — способность среды про пускать магнитные силовые линии. Магнитная проница емость воздуха считается равной единице.
Вещества, магнитная проницаемость которых немно го больше магнитной проницаемости воздуха, называ
37
ются парамагнитными (алюминий, платина, олово и др.), а вещества с магнитной проницаемостью, меньшей, чем воздух, называются диамагнитными (медь, сереб ро, стекло, парафин и т. д.).
Наибольшее применение в электротехнике получили вещества со значительно большей магнитной проницае мостью, чем в парамагнитных веществах. Такие веще ства называются ферромагнитными (железо, сталь, ко бальт, никель и др.).
Способность тел сохранять магнитные свойства пос ле прекращения намагничивания называется остаточ ным магнетизмом.
Наибольшим остаточным магнетизмом обладает сталь, поэтому она используется для изготовления по стоянных магнитов и деталей электрических машин.
Имеются вещества с хорошим магнитным качеством, но не обладающие остаточным магнетизмом. К числу таких веществ относятся ферриты, представляющие со бой смесь порошков ферромагнитных и немагнитных окислов. Применяются ферриты для изготовления сер дечников трансформаторов, дросселей, экранов, рабо тающих на высоких радиочастотах.
Кроме постоянных магнитов, в технике нашли ши рокое применение электромагниты, в которых исполь зуются магнитные действия электрического тока.
Известно, что при прохождении по проводнику то ка. вокруг проводника создается магнитное поле. Это поле легко обнаружить при помощи железных опилок или магнитной стрелки. Железные опилки (рис. 10,а) располагаются вокруг проводника с током по концент рическим окружностям, а магнитная 'стрелка по каса тельной к этим окружностям. Таким образом, силы маг нитного поля имеют определенное направление. Услов но считают, что направление магнитных сил совпадает с тем направлением, которое показывает северный по люс магнитной стрелки. Зная направление тока в про роднике, можно определить направление созданного им поля, пользуясь правилом буравчика: «Если буравчик ввинчивать по направлению тока в проводе, то его ру коятка будет вращаться по направлению действия маг нитных сил, возникающих вокруг проводника» (рис,
10, 6 ) .
38
Если проводник с током согнуть в кольцо, как это показано на рис. 10,е, то мы получим виток. Магнит ные линии, создаваемые током витка, будут выходить из витка с одной стороны и входить с другой. Приме
няя правила буравчика, легко убедиться, |
что в |
витке |
на рис. 10,б со стороны, расположенной |
от нас, |
будет |
северный полюс, а со стороны, обращенной к нам, — южный.
Рис. 10. Магнитное поле проводника с током
Если вместо одного витка взять несколько витков соединенных по спирали, то мы получим катушку, или иначе говоря, соленоид. В соленоиде магнитное поле от дельных витков складывается, образуя единое магнит ное поле (рис. 10,г).
Наименование полюсов соленоида определяется по правилу правой руки: «Если правую руку расположить над витками ладонью так, чтобы вытянутые четыре пальца показывали направление тока в витках, то ото гнутый большой палец покажет северный полюс соле ноида».
Если в магнитное поле поместить проводник с то ком, то он будет выталкиваться из этого поля, что объ ясняется взаимодействием магнитного поля основного магнита с магнитным полем проводника с током. На правление движения проводника с током в магнитном
39
поле определяется по правилу левой руки: «Нужно рас положить левую руку так, чтобы магнитные линии вхо дили в ладонь, а вытянутые четыре пальца показыва ли направление тока в проводнике, при этом отогнутый большой палец покажет направление движения провод ника с током» (рис. 11,а).
Рис. 11. Механические действия |
на проводник с током |
и электромагнитная |
индукция |
При перемещении проводника в магнитном поле на его свободные электроны действуют силы, перемещаю щие электроны к одному из концов проводника. Бла годаря этому на одном его конце получается избыток электронов, а на другом — недостаток. Таким образом, между концами проводника устанавливается э.д.с. Ес ли концы проводника замкнуть, то по цепи пойдет ток индукции.
Явление образования э.д.с. на концах проводника при его движении в магнитном поле, называется элек тромагнитной индукцией, а сама э.д.с. — электродви жущей силой индукции. Величина э.д.с. индукции зави сит от скорости пересечения проводником магнитных силовых линий и угла между направлением движения проводника и направлением магнитных силовых линий.
Направление индуктированного тока в проводнике определяется по правилу правой руки (рис. 11,6): «Ес ли расположить ладонь правой руки в магнитном поле так, чтобы магнитные силовые линии входили в нее, а отогнутый большой палец указывал направление дви жения проводника, то вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированного тока».
40
Русский ученый Э. X. Ленц установил, что индукти рованный ток в проводнике всегда противодействует причине, вызывающей его возникновение. Явление элек тромагнитной индукции позволяет преобразовывать ме ханическую энергию в электрическую. На этом явлении основан принцип действия всех электрических генера торов.
Разновидностью электромагнитной индукции явля ется самоиндукция. Образование э.д.с. самоиндукции показано на рис. 12,а. Если размыкать и замыкать пе реключатель в цепи, то в ней будет возникать и прекращаться ток, при этом в катуше L вследствие на растания и убывания собственного магнитного поля бу дет возникать э.д.с. самоиндукции. По правилу Ленца э.д.с. самоиндукции препятствует всякому изменению тока в цепи и стремится поддержать в цепи прежнюю его величину.
Способность катушки индуктировать в себе э.д.с. самоиндукции называется индуктивностью.
Индуктивность катушки пропорциональна числу вит ков, размерам сердечника и его магнитной проницае мости. Измеряется индуктивность в генри (гн).
Генри — индуктивность |
катушки, |
в которой при |
||||||
изменении |
тока |
на |
1 |
ампер |
в |
1 сек |
наводится |
э.д.с. в |
1 вольт. |
|
разновид |
|
|
|
|
||
Другой |
|
|
|
|
|
|||
ностью электромагнитной |
|
|
|
|
||||
индукции |
является |
взаи |
|
|
|
|
||
моиндукция. На рис. 12,6 |
|
|
|
|
||||
показано |
две |
катушки. |
|
|
|
|
||
При прохождении |
элек |
|
|
|
|
|||
трического тока по пер |
|
|
|
|
||||
вой катушке вокруг |
|
нее |
|
|
|
|
||
образуется |
магнитное |
по |
|
|
|
|
||
ле, которое также обвола |
|
|
|
|
||||
кивает вторую |
катушку. |
|
|
|
|
|||
Если замкнуть вторую ка |
|
|
|
|
||||
тушку на прибор, то |
мы |
|
|
|
|
|||
обнаружим, что в ее цепи |
|
|
|
|
||||
также есть ток. Причиной |
|
|
|
|
||||
возникновения |
тока |
во |
|
|
|
|
||
второй катушке |
является |
р иС- |
J2 . Самоиндукция |
и язаимо- |
||||
э.д.с., созданная |
магнит- |
|
|
индукция |
|