Базові матеріали для засвоєння курсу теоретичних основ електротехніки. Закони електромагнетизму. Визначення параметрів схем заміщення приймача і джерела електричної енергії в колі постійного струму. Структурні поняття електричних кіл, страница 2

ГРАФІЧНЕ ПОЗНАЧЕННЯ РЕЗИСТОРІВ ІЗ ПОЗНАЧЕННЯМ НОМІНАЛЬНОЇ ПОТУЖНОСТІ РОЗСІЯННЯ

Графічне позначення резисторів	Номінальна потужність, Вт
	0,05
	0,125
	0,25
	0,5
	1
	2
	5

2. Закони електромагнетизму

Закон Джоуля-Ленца: теплова енергія, що виділяється в провіднику (наприклад, у резисторі, як на рис. 4), дорівнює добутку квадрата сили струму І, опору провідника R і часу t, а саме:

Рис. 4

Закон Біо-Савара-Лапласа: індукція dВ магнітного поля, що створюється елементом струму І dl на відстані r від нього в однорідному середовищі з відносною-магнітною проникністю μ_r (рис. 5), обернено пропорційна квадрату від­стані і прямо пропорційна елементу струму і синусу кута β поміж векто­рами dl і r, тобто у векторній, а потім і в скалярній формах:

де μ₀ = 4 · π · 10^-7 Гн/м - магнітна стала.

Рис. 5

Напрямок вектора магнітної індукції визначається відомим правилом бурав­чика, як показано на рис. 5.

Закон повного струму: циркуля­ція вектора напруженості Н магнітного поля по контуру І (рис. 6) дорівнює алгеб­раїчній сумі струмів, що охоплюються цим контуром:

Рис. 6

де повний струм ,

ω - кількість витків котушки, по котрій проходить струм І.

Рис. 7

Закон електромагнітної індукції: ЕРС е, яка індукується в провідниковому контурі або котушці (рис.7), дорівнює швидкості зміни його магнітного потокозчеплення ψ:

де  ; ω - кількість витків котушки; Ф_к - магнітний потік, який пронизує її к-ий. виток.

У частковому випадку, коли всі витки пронизуються однаковим магнітним потоком, ψ = ωФ, і тоді ЕРС:

У загальному випадку для елемента dl провідника, який переміщується зі швидкістю V в магнітному полі з індукцією В (рис. 8) ЕРС має вираз:

Рис. 8

Якщо при цьому магнітне поле однорідне, тобто індукція В скрізь однакова за величиною і напрямком, ЕРС на всю довжину І про­відника:

Напрямок ЕРС визначається правилом правої руки (рис. 8).

Закон Ампера (рис. 9) виражає силу Ампера:

котра діє на елемент довжини dl провідника зі струмом І, який розташовується в магнітному полі з індукцією В.

У простішому випадку, при однорідному магнітному полі на всю довжину І провідника діє сила Ампера:

Напрямок сили Ампера визначається правилом лівої руки (рис. 9).

Рис. 9.

Правило Ленца: індукційний струм і, який вини­кає у замкненому контурі, має такий напрямок, що створений ним магнітний потік крізь площу, обмежену контуром, прагне компенсувати ту зміну потоку, яким викликається даний струм.

На рис. 10 як окрема ілюст­рація правила Ленца вказано напрямок потоку Ф_і магнітного поля, що збуджується струмом і, який, у свою чергу, індукований магнітним потоком Ф постійного магніту, який вноситься в контур.

Відомо, що правило Ленца без­посередньо торкається закону електромагнітної індукції, визна­чаючи напрямок індукованої ЕРС, як і напрямок струму, що нею викликається.

Закон Кулона визначає силову взаємодію вільних електричних зарядів: двоє точкових зарядів, що знаходяться в однорідному діелектрику з відносною діелектричною проникністю ε_r, взаємодіють один з одним із силою F_к, яка пропорційна добутку зарядів і q₁ та обернено пропорційна квадрату відстані r між ними (рис. 11):

Рис. 10

де ε₀ = 8,854 · 10^-12 Ф/м - електрична стала.

Сила спрямована по лінії, яка з'єднує заряди, і відповідає при­тягненню для різнойменних зарядів (рис. 11, а) і відштовху­ванню для однойменних (рис. 11, б).

Рис. 11

На завершення запропонуємо емблему-символ електротех­ніки (рис. 12). У цій алегорії виявляються основи електротех­ніки. У центрі знаходиться птах Electrical Engineering - Елек­тротехніка, що летить зі швидкістю V в магнітному полі, яке характеризується індукцією В. У відпо­відності з законом електромагнітної індукції в крилах птаха виникає ЕРС Е. Коли крила торкнулись провідникового кільця Electrical Engineering, то під дією ЕРС в контурі, що утворився, з'я­виться струм І. І у відповідності із зако­ном Ампера взаємодія струму з магніт­ним полем приводить до виникнення сили F. Напрямки всіх величин на емблемі відповідають загальновідомим встановле­ним правилам.

На явищах, згаданих вище, побудовано принцип дії більшості електротехнічних пристроїв, тільки в різних випадках змі­нюється послідовність логічного ланцюжка їхніх взаємозв'язків: одні величини стають первинними, а інші - вторинними.

Рис. 12