Главная страница
Навигация по странице:

  • активті

  • Тұрақты э

  • Электр тоғының тығыздығы

  • Тізбектің бөлігі үшін Ом заңы

  • Толық тізбек үшін Ом заңы

  • Ток көздері. Бөгде күштер

  • Электр тоғының қуаты және ПӘК-і

  • Сыртқы тізбекте бөлінетін қуат

  • Пайдалы әсер коэффициенті

  • Ток. 1-тақырып. Тұрақты ток. Теориялы саба 1. Электротехника негіздеріне кіріспе. Траты ток. арастырылатын таырыптар


    Скачать 0.96 Mb.
    НазваниеТеориялы саба 1. Электротехника негіздеріне кіріспе. Траты ток. арастырылатын таырыптар
    Дата25.11.2021
    Размер0.96 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файла1-тақырып. Тұрақты ток.doc
    ТипДокументы
    #281543

    Подборка по базе: 8-сынып БЖБ 5-тарау Тұрақты электр тогы.docx, Биохимя 1-тақырып.pdf, Бекмұрза Жасмина ФК и ФҚН 1-тақырып.docx

    Теориялық сабақ №1. Электротехника негіздеріне кіріспе. Тұрақты ток.
    Қарастырылатын тақырыптар: Электр тізбегі. Электр энергиясының көздері. Электр тізбегінің элементтері. Электр тізбегінің физикалық шамалары. Тұрақты электр тоғы. Тұрақты токтың тығыздығы. Тізбек бөлігі үшін және тұйықталған тізбек үшін Ом заңы және оның дифференциальдық түрі. Ток көздері. Бөгде күштер. Электр тоғының қуаты және ПӘК-і.
    Кіріспе. Электротехника деп электр энергиясын өндіруді, тасымалдауды және таратуды қарастыратын ғылым мен техниканың саласын айтады. Электротехника бейэлектротехникалық мамандықтар үшін әртүрлі технологиялық процестерде жиі қолданылатын, кең тараған негізгі электрлік қондырғылардың жұмысын түсіну үшін жалпы мағлұмат беретін пән болып есептелінеді.

    Фармацевтикалық дәрілік препараттарды дайындау кезінде кәсіпорындарда технологиялық процестерге дәстүрлі механикалық және гидромеханикалық процестер (ұсақтау, мөлшерлеу, араластыру, біртекті емес және біртекті сұйықтықтарды бөлу және т.б.), жылулық процестері (пісіру, салқындату, пастерлеу, стерилизациялау және т. б.) кіреді. Технологиялық процестерді механикаландыру және автоматтандыру көбінесе осы процестерді электрлендіру деңгейіне байланысты. Электротехникадан ақпаратты алуға, түрлендіруге және тасымалдауға арналған электроника саласы бөлінді.

    Электр тізбегі – бұл электр энергиясын өндіретін, түрлендіретін, жеткізетін және тұтынатын құрылғылардың жиынтығы. Электр тізбегі электр энергиясы көзінен, сым арқылы жалғанған қабылдауыштардан және өлшеу құралдарынан тұрады.

    Электр тізбегіне кіретін электрлік құрылғыларды электр тізбегінің элементтері (олар: электр энергиясының көзі, қабылдағыштар) деп атайды. Электр энергиясын генерациялауға (өндіруге) арналған құрылғы электр энергиясының көзі, немесе қоректендіру көзі, немесе электр қозғаушы күш көзі (ЭҚК), немесе ток көзі деп аталады. Электр энергиясын тұтынатын құрылғылар электр энергиясын қабылдағыштар, тұтынушылар, жүктемелер деп аталады.

    Электр энергиясын қабылдағыштар ретінде

    • әр түрлі түрдегі электрқозғалтқыш жетектері (приводы электродвигателей различных типов);

    • қыздыру шамдары, қыздыру және жарықтандыру құралдары;

    • электрохимиялық және радиотехникалық құралдары және т.б. бола алады.

    Электр энергиясын түрлендіргіштерді электр тізбегінің ток көзі сияқты немесе энергияны тұтынушы (мысалы, трансформаторлар) ретінде қарастыруға болады.

    Электр тізбегінің физикалық шамаларына

    • электр тоғы,

    • қабылдағышқа түсірген кернеу,

    • электр қозғаушы күш жатады (1.1-сурет).

    Электр тоғы – еркін зарядталған бөлшектердің реттелген немесе бағытталған қозғалысы. Қабылданған белгілеу:

    тұрақты токтың күші; айнымалы токтың лездік мәні.

    Кернеу – бұл электр тізбегінің қабылдағышындағы әрбір электр зарядына шығындалатын энергия. Қабылданған белгілеу:

    тұрақты кернеу; айнымалы кернеудің лездік мәні.

    Электр қозғаушы күш (ЭҚК) – бұл электр энергиясының көзіндегі бірлік оң зарядты тасымалдауға кететін энергиясы. ЭҚК былай белгіленеді:

    тұрақты ЭҚК; айнымалы ЭҚК-тің лездік мәні.

    1.1-сурет. Электр энергиясының көзінен тұтынушыға өткізгіш арқылы электр тоғының жеткізілуі
    Токтың, кернеудің және ЭҚК-тің шартты-оң бағыттары былай анықталады:

    токтың шартты-оң бағыты – бұл оң зарядтар қозғалысының бағыты (әрі қарай – токтың оң бағыты, немесе ток бағыты);

    кернеудің шартты-оң бағыты – бұл потенциалдың кемуінің бағыты (әрі қарай – кернеудің оң бағыты, немесе кернеу бағыты);

    ЭҚК-тің шартты-оң бағыты – бұл қоректендіру көзіндегі бөгде күштердің бағыты (әрі қарай – ЭҚК-тің оң бағыты, немесе ЭҚК бағыты);

    Ток пен ЭҚК-тің шартты-оң бағыттары сәйкес келеді. Тұтынушы элементтеріндегі ток пен кернеудің шартты-оң бағыттары сәйкес келеді. Тоқтың, кернеудің және ЭҚК-тің шартты-оң бағыттары схемада стрелкамен белгіленеді.

    Электр тізбегінің әрбір құрылғысы электр тізбегінің элементтері деп аталады. Олар активті және пассивті деп бөледі. Ток жоқ кезде қысқыштарында кернеуі бар элемент активті, ал кернеуі де жоқ элемент пассивті элемент деп аталады. Активті элементтерге электр энергиясының көздері, кернеу көздері және ток көздері жатады. Электр тізбегінің пассивті элементтеріне кедергі, индуктивтік, сыйымдылық және т.б. радиоэлементтер жатады.

    Әрбір пассивті элементтің кернеуі, тоғы және кедергісі Ом заңы бойынша байланысқан:

    , (1.1)

    Егер ЭҚК көзіне электр қабылдағышты қосса, онда тізбекпен жүретін ток

    . (1.2)

    мұндағы: E - электр қозғаушы күш, [В]; R - электр қабылдағыштың кедергісі, Ом; ЭҚК көзінің ішкі кедергісі, Ом.
    Тұрақты электр тоғы

    Электр тоғы деп электр зарядтарының реттелген қозғалысын айтады. Ток бағытына оң зарядтардың қозғалыс бағытын алады. Электр тоғының сандық өлшемі ретінде ток күші қызмет етеді.

    Егер ток күші және оның бағыты уақыт өтуімен өзгермесе, электр тоғы тұрақты деп аталады. Тұрақты ток үшін: .

    Ток күшінің өлшем бірлігі – ампер (А). Практикада ток өлшемінің жиі кездесетін үлестік және еселік бірліктері: микроампер (мкА) 1 мкА, миллиампер (мА) 1 мА, килоампер (кА).

    Электр тоғының тығыздығы деп өткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін токты айтады: , ал өлшем бірлігі – А/м2.

    Ток күшін және ток тығыздығын өткізгіштегі зарядтардың реттелген қозғалысының жылдамдығы мен концентрациясы арқылы өрнектейік. Өткізгіштегі заряд тасушылар концентрациясы және оның әрқайсысының заряды ге тең болса, онда уақыт ішінде ауданы көлденең қима арқылы өтетін зарядтар шамасы:

    , (1.1)

    мұндағы өткізгіштегі еркін электрондардың реттелген қозғалысының орташа жылдамдығы. Сонда ток күші былай өрнектеледі:

    , (1.2)

    ал ток тығыздығының формуласы мына түрде жазылады:

    . (1.3)

    Ортада электр тоғы болу үшін қажетті шарттар:

    1. Ортада еркін зарядталған бөлшектер болуы қажет;

    2. Осы еркін зарядталған бөлшектерге сырттан күш әсер ету қажет, яғни ортада электр өрісі болуы керек.

    Металдарда электр тоғын тасымалдаушылар – электрондар, электролиттерде – оң және теріс иондар, газдарда – оң иондар мен электрондар және жартылай өткізгіштерде – электрондар мен кемтіктер болып табылады.

    Тізбектің бөлігі үшін Ом заңы

    1826 жыл Неміс физигі Ом тәжірибе жүзінде біртекті металл өткізгіштен өтетін ток күші өткізгіш ұштарындағы кернеуге тура пропорционал екендігін дәлелдеді (1.2-сурет):

    (1.4)

    мұндағы өткізгіштің кедергісі, кернеу, ток күші. Ал шамасы өткізгіштік деп аталады. Өткізгіштіктің өлшем бірлігі сименс (См).



    1.2-сурет. Тізбектің бөлігі. Жүктемеге түсірілген кернеу
    Электрлік кедергі деп өткізгіштің өтіп жатқан токқа кедергісін айтады. Ол өткізгіштің геометриялық өлшемдеріне, ұзындығына, көлденең қимасының ауданына тәуелді болады (1.3-сурет):

    , (1.5)

    мұндағы, өткізгіш материалының меншікті электрлік кедергісі [ ]; өткізгіштің ұзындығы [м], өткізгіштің көлденең қимасының ауданы [м2].



    1.3-сурет. Өткізгіштің электрлік кедергісі
    Өткізгіш біртекті болса кедергі (1.5)-формуламен анықталады, егер орта біртекті болмаса, онда кедергі келесі формуламен анықталады: .

    Ом заңын дифференциальдық түрін жазып көрсетуге болады. Осы (1.5)-теңдеуді (1.4)-Ом заңының теңдеуіне қойып, түрлендірсек, сонда

    , (1.6)

    меншікті электрлік кедергіге кері шама – меншікті электрлік өткізгіштік деп аталады. Оның өлшем бірлігі - . Өткізгіштегі электростатикалық өріс кернеулігі және ток тығыздығы екенін ескерсек, онда (1.6)-теңдеуді былай жазуға болады:

    . (1.7)

    Әрбір нүктедегі заряд тасушылар кернеулік векторы бағытымен қозғалатын болғандықтан мен -ның бағыты бағыттас. Сондықтан (1.7)-теңдеуді мына түрде жазуға болады:

    . (1.8)

    Бұл тізбектегі ток тығыздығын сол тізбектегі электр өрісі кернеулігімен байланыстыратын дифференциальдық түрдегі Ом заңы.

    Өткізгіш кедергісінің температураға тәуелділігі келесі өрнекпен анықталады:

    , (1.9)

    мұндағы - кедергінің температуралық коэффициенті.

    1) металлдар үшін температура артқанда өткізгіштің кедергісі артады, яғни (1.4а-сурет),

    2) электролиттер, газдар және жартылай өткізгіштер үшін температура артқанда өткізгіштің кедергісі кемиді, яғни (1.4б-сурет).


    а) б)

    1.4 – сурет. Металл (а) мен жартылай өткізгіш (б) кедергісінің температураға тәуелділігі
    Кез-келген тізбекте электр тоғы жүру үшін қажетті шарттар:

    1. Тізбек тұйықталған болуы қажет.

    2. Электр тогын тудыратын ток көзі болуы керек.
    Толық тізбек үшін Ом заңы

    Тізбектегі бөгде күштердің жұмысы сыртқы және ішкі (ток көзінің ішінде) тізбектерде бөлініп шығатын жылу мөлшерлерінің қосындысына тең болады:

    , (1.20)

    - екенін ескерсек, алатынымыз немесе ,

    , (1.21)

    мұндағы сыртқы тізбектің кедергісі, ток көзінің ішкі кедергісі. Осы алынған өрнектітолық тізбек үшін Ом заңы деп атайды (1.5-сурет).



    1.5-сурет. Толық тізбек үшін Ом заңын түсіруге арналған жүктемеден және ЭҚК-тен тұратын қарапайым тізбек
    Тізбектегі ток күші ток көзінің электр қозғаушы күшіне тура пропорционал және тізбектің толық кедергісіне кері пропорционал болады. Ток көзінің қысқаштарындағы потенциалдар айырмасын анықтайық.

    Сыртқы тізбекке түсірілген кернеу , мұндағы ток күшін толық тізбек үшін Ом заңымен өрнектегенде, алатынымыз



    Соныменен ток көзінің қысқаштарындағы кернеу келесі формуламен анықталады:

    . (1.22)

    Сыртқы тізбек тұйықталмаған жағдайда ) ток көзінің қысқаштарындағы кернеу ток көзінің ЭҚК-не тең болады.
    Ток көздері. Бөгде күштер

    Тізбектегі потенциалдар айырмасын ұстап тұратын, яғни электр тогын демеп тұратын ток көздері (кернеу көздері) болып табылады. Энергияның кез келген түрін электр энергиясына айналдыратын қондырғыларды ток көздері деп атайды. Ток көздеріне гальвани элементтері, аккумуляторлар, күн батареялары, термобатареялар және т.б. жатады (1.6-сурет). Гальвани элементтерінде химиялық энергия электр энергиясына, күн батареясындағы сәулелік энергия электр энергиясына түрленеді.


    1.6-сурет. Ток көзіндегі және өткізгіштегі электрондар қозғалысы
    Металл өткізгіштің ішкі құрылымы кристалл торлардан тұрады. Олардың ионында өткізгіш материалының элементі орналасады. Металл өткізгіште ток тасымалдаушылар – еркін электрондар (1.7-сурет).


    1.7-сурет. Металл өткізгіштің ішкі құрылымы
    Электрондардың бағытталған қозғалысы теріс полюстен оң полюске қарай, ал токтың қабылданған бағыты оң полюстен теріс полюске қарай бағытталады (1.8-сурет).



    1.8-сурет. болғанда ток сыртқы тізбекте ток көзінің оң полюсінен теріс полюсіне қарай бағытталады
    Ток көзінің ішінде электр өрісіне қарсы зарядтарды қозғалысқа келтіретін, электр өрісінің күшіне қарсы бағытталған, табиғаты жағынан электрлік емес бөгде күштер жұмыс атқарады. Бөгде күштердің бірлік оң зарядты (ток көзінің теріс полюсінен оң полюсіне) орын ауыстырғанда атқаратын жұмысын электр қозғаушы күш (ЭҚК) деп атайды және Вольтпен өлшенеді:

    , . (1.23)

    Қарама-қарсы таңбалы зарядталған шариктерді алайық. Егер осы шариктерді өткiзгiш арқылы қоссақ, сол зарядтардың электр өрiсiнiң әсерiнен өткiзгiште электр тогы пайда болады. Бiрақ бұл ток өте қысқа уақыт болады. Екi дене арасындағы электр өрiсi әлсiзденедi де, ақыр аяғында денелердiң потенциалдары теңесуiнiң нәтижесiнде жоқ болады.

    Ток тұрақты болуы үшiн шариктердің арасында тұрақты кернеуді ұстап тұру қажет. Ол үшiн осы зарядтарға әсер ететiн электростатикалық күшiнiң бағытына қарама-қарсы бағытта зарядтарды бiр шариктен екiншi шарикке тасымалдайтын ерекше құрылғы – ток көзi керек. Мұндай құрылғыда зарядтарға, электр күштерден басқа электрлiк емес күштер әсер ету тиiс (1.9-сурет). Мұндай күштердi бөгде күштер дейдi. Зарядталған бөлшектердің электр өрісі тізбектегі тұрақты токты ұстап тұра алмайды. Бөгде күштер кулондық күштерге қарама-қарсы бағытталған (1.9-сурет). Ток көздерінің кедергілерін ішкі кедергі деп атайды.


    1.9-сурет. Ток көзінің құрылымы
    Электр тоғының қуаты және ПӘК-і

    Қуат– уақыт бірлігі ішіндегі энергияның өзгеру жылдамдығын сипаттайтын шама. Қуаттың өлшем бірлігі – Джоуль/с [Дж/с] немесе Ватт [Вт]. Қуат жұмыстың атқарылу шапшаңдығына тең болады:

    . (1.24)

    Тізбектегі толық қуат, яғни ток көзінің өндіретін қуаты келесі формуламен анықталады:

    . (1.25)

    Осы формулаға толық тізбек үшін Ом заңындағы ток күшінің мәнін қойып, ток көзінің қуатының келесі өрнегін аламыз:

    . (1.26)

    Сыртқы тізбекте толық қуаттың бір бөлігі ғана бөлінеді. Сыртқы тізбекте бөлінетін қуат келесі өрнекпен анықталады:

    . (1.27)

    Сыртқы тізбекте бөлінетін қуатты пайдалы қуат деп атайды. Сыртқы тізбекте бөлінетін қуаттың ең үлкен мәнін анықтайық:

    . (1.28)
    Жоғары математика курсынан функцияның ең үлкен мәнін табу үшін одан айнымалы шама бойынша дифференциал алып, оны нольге теңейтіні белгілі. Олай болса,

    . (1.29)

    (1.29)-теңдеу 0-ге тең болу үшін бөлшектің алымын нөлге теңестірсек жеткілікті шартынан алатынымыз:

    , . (1.30)

    Тізбектің сыртқы кедергісі ішкі кедергіге тең болғанда сыртқы тізбекте бөлінетін қуаттың мәні ең үлкен болады. (1.28)-формулаға формуласын қойып, алатынымыз

    . (1.31)

    Пайдалы әсер коэффициенті сыртқы тізбекте бөлінетін қуаттың ток көзі қуатына қатынасына тең болады:

    немесе . (1.32)



    1.10-сурет. Толық қуаттың, сыртқы тізбектің қуатының және ПӘК-нің ток күшіне тәуелділігі
    1.10-суретте ток көзі қуатының, сыртқы тізбекте бөлінетін пайдалы қуаттың және пайдалы әсер коэффициентінің тізбек тоғына тәуелділігі келтірілген. Тізбектегі ток ( кезінде) -ден ( кезінде) -ге дейін өзгереді. Графиктен көрініп тұрғандай болған кезде сыртқы тізбектің қуаты максимал мәнге жетеді. Осы кезде тізбектегі ток -ге тең, ал ток көзінің ПӘК-і =50 %. ПӘК максимал мәнге -ге ұмтылғанда, яғни кезде жетеді. Қысқа тұйықталу кезінде пайдалы қуат -ге тең және барлық қуат ток көзінің ішінде бөлінеді де, оның қызып, істен шығуына әкеледі. Осы кезде =0-ге тең.
    Бақылау сұрақтары

    1. Электр тоғы дегеніміз не? Ток тығыздығы дегеніміз не?

    2. Тізбектің бөлігі және толық тізбек үшін Ом заңдарын беріңіз.

    3. Ортада ток болуы үшін қандай шарттар орындалуы керек?

    4. Электр тоғының қуаты және П.Ә.К.-і.

    5. ЭҚК көзі деп нені айтады?

    6. Кернеу көзі деп нені айтады?

    7. Бөгде күштер дегеніміз не?




    написать администратору сайта