Вопрос 1. Электрическая цепь и ее элементы (20 мин)

Совокупность устройств, предназначенных для прохождения в них электрического тока, называется электрической цепью. Простейшая электрическая цепь представлена на рис. 1.

R

П_Р

+  

-

I

В

E

V

А

R₀

Рис. 1. Простейшая электрическая цепь:

На рис. 1. показаны: Е - источник электроэнергии с внутренним сопротивлением R_о и ЭДС Е является внутренним участком электрической цепи, а потребитель электроэнергии R, аппарат защиты П (предохранитель), амперметр А, вольтметр V, выключатель В и соединительные провода составляют внешний участок этой цепи.

Участок электрической цепи, в котором в любой момент времени сила тока имеет одно и то же значение, называется ветвью.

Место соединения трех и более ветвей называется узлом.

Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром электрической цепи.

Графическое изображение электрической цепи называется схемой электрической цепи.

Для обеспечения протекания электрического тока по проводнику необходимо затрачивать энергию, т.к. свободные электроны проводника при своем направленном движении под действием электрического поля, возникающего от приложенного к проводнику напряжения, сталкиваются между собой и с молекулами вещества, из которого выполнен проводник, и таким образом проводник оказывает сопротивление электрическому току, которое называется электрическим сопротивлением.

Электрическое сопротивление проводника зависит от материала проводника, его длины и площади поперечного сечения, т.е.

R = ρl/S,

где ρ – удельное сопротивление материала проводника, Ом∙мм²/м;

l – длина проводника, м;

S – площадь поперечного сечения проводника, мм².

Величина, обратная R, т.е. 1/R называется электрической проводимостью и обозначается буквой G. Следовательно, 1/R = G.

Электрическое сопротивление измеряется в омах (Ом), а электрическая проводимость в сименсах (См).

Обозначив удельную проводимость 1/ρ = γ, можно записать выражение для электрического сопротивления в виде

R = l/γS.

Величина электрического сопротивления проводников зависит также от температуры. При нагревании металлов происходит увеличение ρ и, следовательно, увеличение R из-за уменьшения среднего времени пробега электронов. Аналитическая зависимость сопротивления металлических проводников от температуры определяется формулой

R₂ = R₁[1+α(Ом,

где R₁ и R₂ – сопротивления при температуре и;

α – температурный коэффициент сопротивления, значения которого для некоторых проводников приведены в табл.1

Таблица 1

Материал	Среднее значение α при 0^о– 100^оС
Медь Алюминий Бронза Латунь Вольфрам Константан Манганин Нихром	0,004 0,004 – 0,0043 0,004 0,002 0,004 – 0,005 0,000005 0,00003 – 0,00004 0,00013

Бронза бывает: кадмиевая – Cu + 0,9%Cd;

бериллиевая – Cu + 2,25%Be;

фосфористая – Cu + 7%Sn + 0,1%P;

бронза – Cu + 0,8%Cd + 0,6%Sn.

Латунь – Cu > 50% + Zn остальное и различные добавки.

Константан – 1,0 – 2,0%Mn + 39,0 – 41,0%(Ni+Co) + остальное Cu.

Манганин – 11,5 – 13,5%Mn + 2,5 – 3,5(Ni + Co) + остальное Cu.

Нихром – Cr + Ni.

При нагревании электролитов и угля, кроме уменьшения среднего времени пробега электронов для угля и ионов для электролита, происходит увеличение свободных электронов и ионов в единице объема, и это обстоятельство оказывает определяющее воздействие. Поэтому удельное сопротивление этих проводников при нагревании уменьшается.

У некоторых сплавов из-за неправильной структуры и очень малого среднего времени пробега электронов удельное сопротивление оказывается больше, чем у составляющих металлов и практически не зависит от температуры (см. табл.1).

Дата добавления: 2014-01-04