книги / Электромонтер по обслуживанию буровых установок

гальванических элементов, а во втором — батареи аккумуля­ торов.

Электрические токи, протекающие по двум проводникам, на­ ходящимся друг от друга на определенном расстоянии, вызы­ вают механические силы, действующие на эти проводники. Еди­ ницей измерения силы тока является ампер (А).

В Международной системе единиц (СИ) ампер — сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого круглого сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводни­ ками силу, равную 2- 10~7 ньютона (Н) на каждый метр длины. Единицей силы в СИ является ньютон (Н).

Электрический ток определяет количество электричества, протекающего через поперечное сечение проводника в единицу времени. Если в проводнике протекает ток силой 1 А, то через поперечное сечение этого проводника в течение 1 с протекает 1 кулон (К) электричества.

При силе тока в проводнике I за время t через поперечное сечение этого проводника протекает количество электричества, равное

q = It,

откуда

I = q/t.

Эта зависимость справедлива для случая, когда, в течение времени сила тока остается неизменной.

Линейные провода и приемник энергии составляют внешнюю часть цепи, в которой ток протекает под действием разности потенциалов на зажимах источника энергии и направлен от точки более высокого потенциала (положительного зажима) к точке более низкого потенциала (отрицательного зажима).

Внутри источника энергии, или, иначе, во внутренней части цепи, ток направлен от отрицательного зажима источника энер­ гии к положительному.

Электродвижущая сила

Как было указано выше, в замкнутой цепи электрический ток протекает под действием электродвижущей силы источника

энергии.

Источник электрической энергии обладает э. д. с. и при от­ сутствии тока в цепи, т. е. когда цепь разомкнута. При холос­

энергии. Так же как и разность потенциалов, э. д. с. измеря­

ется в вольтах (В).

Как при замкнутой, так и при разомкнутой электрической цепи э. д. с. непрерывно поддерживает разность потенциалов

между зажимами источника энергии. Для протекания тока в замкнутой цепи необходимы движения положительных заря­ дов внутри источника энергии в направлении, обратном дейст­ вию сил поля на эти заряды, это возможно только при поступ­ лении энергии извне. Таким образом, в источнике электриче­ ской энергии возникает э. д. с. вследствие преобразования других видов энергии в электрическую.

Численно э. д. с. равна энергии, сообщаемой источником энергии электрическому заряду. Если количеству электричества q кулонов источник сообщает энергию А джоулей, то э. д. с.

этого источника

E = Alq.

Величину э. д. с. можно определить по показаниям при­ бора, называемого вольтметром, если его подсоединить к по­ люсам источника энергии. Стрелка указателя вольтметра при этом отклонится на некоторый угол. Отклонение будет тем больше, чем больше э. д. с. источника энергии. Однако вольт­ метр покажет не величину э. д. с., а напряжение на зажимах

Высокие напряжения и э. д. с. выражены в киловольтах (кВ). Для измерения малых величин напряжений и э. д. с. при­ меняют милливольт (мВ).

Электрическое сопротивление

Направленному движению электрических зарядов в любом проводнике препятствуют молекулы и атомы этого проводника. Поэтому как внешний участок цепи, так и внутренний (внутри самого источника энергии) оказывают препятствие прохожде­ нию тока. Величина, характеризующая противодействие элект­ рической цепи прохождению электрического тока, называется электрическим сопротивлением.

Источник электрической энергии, включенный в замкнутую электрическую цепь, расходует энергию на преодоление сопро­ тивления внешней и внутренней цепей.

Электрическое сопротивление обозначается буквой г и изображается на схеме так, как по­ казано на рис. 6.

Единицей измерения сопротивления является Ом. Омом называется электрическое сопротив­ ление такого линейного проводника, в котором

больше Ома. Они называются килоомом (кОм) и мегомом (МОм).

Сопротивление проводников электрическому току зависит от материала, из которого они изготовлены, от длины и пло­ щади поперечного сечения проводника. Если сравнить два про­ водника из одного и того же материала, то более длинный про­ водник имеет большее сопротивление при равных площадях поперечных сечений, а проводник с большим поперечным сече­ нием имеет меньшее сопротивление при равных длинах.

Для относительной оценки электрических свойств материала проводника служит его удельное сопротивление. Удельное со­ противление — это сопротивление металлического проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2; обознача­ ется буквой р и измеряется в Ом • мм2/м.

Если проводник, изготовленный из материала с удельным сопротивлением р, имеет длину I (в м) и площадь поперечного

Сопротивление проводника зависит от температуры. Сопро­ тивление металлических проводников с повышением темпера­ туры увеличивается. Зависимость эта достаточно сложная, но в относительно узких пределах изменения температуры (при­ мерно до 200 °С) можно считать, что для каждого металла су­ ществует определенный, так называемый температурный коэф­ фициент сопротивления а, который выражает прирост сопро­ тивления проводника Дг при изменении температуры на 1 °С, отнесенный к 1 Ом начального сопротивления.

Таким образом, температурный коэффициент сопротивления

где г1, г2— сопротивления проводников соответственно при тем­ пературе Ть Г2.

На основе формулы (10) можно установить соотношение

Регулируемые сопротивления называются реостатами (см. рис. 6, б). Реостаты изготовляются из проволоки с большим удельным сопротивлением, например из нихрома. Сопротивле­ ние реостатов может изменяться равномерно или ступенями. Применяют также жидкостные реостаты, представляющие со­ бой металлический сосуд, наполненный каким-либо раствором соды в воде.

Способность проводника пропускать электрический ток ха­ рактеризуется проводимостью, которая представляет собой ве­ личину, обратную сопротивлению, и обозначается буквой g. Единицей измерения проводимости в СИ является 1/Ом (си­ менс).

ставить увеличение числа параллельно соединенных проводни­ ков как увеличение площади поперечного сечения проводника, по которому протекает ток. Общее сопротивление обратно про­ порционально, а проводимость прямо пропорциональна пло­ щади поперечного сечения проводника.

Таким образом, обозначив проводимость всех проводников g, а проводимость каждого проводника в отдельности g b g2, gz и gi, получим следующее равенство: g = gi+ g 2+gs+g4-

Так как проводимость есть величина, обратная сопротивле­ нию, то это выражение может быть записано в следующем виде: 1/г= l/n + 1/г2+1/гз-Ы/г4.

В этом выражении г представляет собой общее или экви­ валентное сопротивление четырех параллельно соединенных проводников, которое меньше любого из четырех заданных. В частном случае, если в электрической цепи содержатся два параллельно соединенных приемника с сопротивлениями г\ и Г2, то l/r= l/ri + l/r2, или r = r 1r2/(r1+ r2).

Если параллельно соединено п приемников с одинаковыми сопротивлениями г, то общее сопротивление такой цепи будет

вп раз меньше сопротивления одного приемника, т. е. г0бщ=

=г/п.

Возвращаясь к рис. 8, напишем следующие соотношения: hr\ = U\ h r2=U', / 3Г3= U; / 4r4= t/ или /ir i= /2r2= / 3r3= / 4r4.

Из этих равенств получим следующие соотношения: /i//2 =

= гг/п; h/h =fs/f2'y h l h =fJr3', /4//i = ri/r4.

Эти соотношения указывают на то, что в цепях с параллель­ ными сопротивлениями токи распределяются обратно пропор­ ционально этим сопротивлениям. Параллельное включение со­ противлений к участку электрической цепи на практике исполь­ зуется для уменьшения силы тока на данном участке.

Смешанное соединение сопротивлений

Если в электрической цепи приемники, соединенные парал­ лельно между собой, включены последовательно с другими приемниками, то такое соединение называется смешанным. При расчете подобных цепей используют понятие «эквивалентное сопротивление». Эквивалентным (или общим) называется та­ кое сопротивление, при включении которого в цепь вместо дан­ ной группы сопротивлений электри­ ческие условия всей остальной цепи остаются неизменными.

Для определения общего или эквивалентного сопротивления не­ скольких приемников, соединенных смешанно, сначала находят сопро­ тивление параллельно или после­ довательно соединенных приемни­ ков, а затем заменяют их одним

В частном случае при отсутствии ответ­ влений и последовательном соединении проводников общее со­ противление равно сумме всех сопротивлений.

Если внешняя цепь источника энергии с внутренним сопро­ тивлением Го состоит, например, из трех последовательно сое­ диненных проводников с сопротивлениями, соответственно рав­ ными гь г2, г3, то на основании второго закона Кирхгофа можно написать следующее равенство:

Е — /Го + /г1 + /Га4“ ^г3,

При параллельном включении двух или нескольких источ­ ников энергии токи, протекающие в них, в общем случае неоди­ наковые.

Если два параллельно соединенных источника энергии (рис. 12), имеющих э. д. с. Ех и Е2 и внутренние сопротивления гх и г2, замкнуть на какое-либо внешнее сопротивление г, то

Работа и мощность электрического тока

Способность тела производить работу называется энергией этого тела. Например, поднятый на высоту какой-либо груз об­ ладает некоторым запасом энергии и при падении производит работу. Работа измеряется в джоулях (Дж). Энергия тела тем больше, чем большую работу может произвести это тело при своем движении.

Энергия не исчезает, а переходит из одной формы в другую. Например, электрическая энергия может быть превращена в ме­ ханическую, тепловую, химическую и т. д.

Для переноса зарядов в замкнутой цепи источник электри­ ческой энергии затрачивает известную энергию, равную произ­ ведению э. д. с. на количество электричества, перенесенного через эту цепь, т. е. A0=Eq. Однако не вся энергия является полезной, т. е. не вся работа, произведенная источником энер­ гии, сообщается приемнику энергии, так как часть ее расходу­ ется на преодоление внутреннего сопротивления источника и проводов.

Таким образом, источник электрической энергии производит полезную работу, равную

А = Uq,

где U — напряжение на зажимах приемника, В.

При неизменном токе количество электричества равно про­ изведению силы тока в цепи на время его прохождения, т. е. q=It, тогда формулу работы можно представить в следующем виде:

А = UIt.

Если же выразить напряжение на зажимах участка цепи как U=Ir, то формулу работы можно записать и таким образом:

A = Prt.

Мощностью называется работа, производимая (или потреб­ ляемая) в 1 с. Мощность можно представить следующей фор­

мулой:

Р = Alt = Uqft = U t —Pr.

Если в формулах работы и мощности напряжение выражено в В, сила тока — в А, сопротивление — в Ом и время — в с, то

Для измерения малых мощностей применяют единицу, в ты­ сячу раз меньшую 1 Вт, называемую милливаттом (мВт). Для измерения больших мощностей применяют единицу, в тысячу раз большую ватта, называемую киловаттом (кВт).

Так как ватт-секунда (джоуль) является малой единицей, то работа обычно выражается в более крупных единицах: ваттчасах (Вт-ч) и киловатт-часах (кВт-ч). Соотношения между этими единицами и джоулем следующие: 1 Вт-ч = 3600 Дж; 1 кВт • ч=3 600 000 Дж.

Мощность во внешней цепи при напряжении U на зажимах генератора

Р = Ш.

При очень малом внешнем сопротивлении сила тока в цепи велика, а напряжение на зажимах генератора при этом мало,

зо