Генератор и потребитель в электрической цепи

Источники и потребители электрической энергии. Электрические цепи

Образовательная: повторить и обобщить знания по теме.

• формирование умений самостоятельно применять знания, полученные на уроках, при сборке электрических цепей.
• развитие мышления, умения делать выводы, анализировать;

Воспитательная: привитие познавательного интереса к электротехнике, воспитание культуры труда, самостоятельности и творчества в коллективно-трудовой деятельности;

1. ПК и мультимедийный проектор. На ученических столах: источник тока (батарейка 4,5V), ключ, лампочка, соединительные провода, лист-задание
2. Лабораторно-практическая работа «Монтаж электрических цепей».

На демонстрационном столе: монтажная планшетка, гальванические элементы, аккумулятор, генератор велосипедный, элекрофорная машина и бытовые приборы — (утюг, лампа настольная, электрочайник, электродрель, электрический звонок, гирлянда и др.)

Образец изделия: — Фонарик из пластиковых бутылок

Ход урока

I. Организационный момент (проверка отсутствующих и готовности класса к уроку).

Учитель: Здравствуйте ребята! Присаживайтесь.

II. Проверка знаний и умений.

Ответ: (Чтобы составить электрическую схему и собрать электрическую цепь).

Правильно! Это и будет целью нашего урока, научиться по схемам, собирать простейшие электрические цепи. Поэтому сегодня от вас, ребята, потребуются внимание, настойчивость и культура труда в достижении этой цели.

А сейчас, мы проверим ваши знания по графическому обозначению элементов электрических схем.

Задание 1

Выполнить условные обозначения, применяемые на схемах электрической цепи. Ученики с места задают поочерёдно вопросы двум отвечающим одноклассникам у доски. Ответ выполняется графическим обозначением с помощью мела на классной доске.

Перед вами находятся две кнопки звукового экзаменатора опережения ответа. Кто после заданного вопроса первым нажмет кнопку, имеет право на ответ. Если ответ не верный, то право ответа на вопрос переходит второму отвечающему.

Условные обозначения электрической цепи

Задание 2

1. Назовите известные вам виды энергии. ( Атомная, механическая, световая, химическая и электрическая)

2.Какие типы электростанций вам известны? (Гидроэлектростанция, атомная, тепловая, ветровая, приливная, солнечная и дизельная)

3. Какие виды энергии в перечисленных электростанциях преобразуются в электрическую энергию?

II. Новый материал.

В рабочей тетради записываем тему урока: « Источники и потребители электрической энергии. Электрические цепи.«

Ребята! Что означает по смыслу слово «источник». воды, тока — То, что даёт начало чему-то или откуда исходит что-то.

А что подразумевается под словом «потребитель электрического тока»? — Это все электрические приборы, бытовая техника и производственное оборудование.

Если взять источник тока, потребитель, выключатель и соединить всё проводами, получится электрическая цепь.

Электрическая цепь состоит из отдельных устройств или элементов, которые по их назначению можно разделить на 3 группы. Первую группу составляют элементы, предназначенные для выработки электроэнергии — это источники тока.

Источники тока — это устройства, которые преобразуют какой-либо вид энергии в электрическую энергию. К ним относятся: генераторы электростанций, гальванические элементы, аккумуляторы, фотоэлементы и др.

1. Солнечная батарея 2. Гальванический элемент
3. Электрофорная машина

Вторая группа — элементы, преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, и т. д.). Эти элементы называют потребителями электрической энергии. К ним относятся: электродвигатели, нагревательные и осветительные приборы и др.

В третью группу входят элементы, предназначенные для передачи электроэнергии от источника питания к потребителям (провода, выключатели и другие устройства)

Электрическая схема — это графическое изображение электрической цепи с помощью условных знаков.

Задание: Начертите в тетрадях схему простой электрической цепи (рис.6)

Схема простой электрической цепи

Потребители электрической энергии могут быть присоединены к источнику тока различными способами.

• последовательное соединение;
• параллельное соединение.

Начертить в тетрадях схему последовательного соединения (рис.7)

Схема последовательного соединения потребителей электрической энергии.

Начертить в тетрадях схему параллельного соединения потребителей электрической энергии (рис.8)

Схема параллельного соединения потребителей электрической энергии

Психологическая пауза. (звучит инструментальный музыкальный фон) Сейчас мы все вместе выполним следующее упражнение. Сядьте свободно, не напрягая мышц рук и ног. Дайте вашему телу расслабиться. Глубоко вдохните, втягивая воздух медленно, через нос, пока лёгкие не наполнятся и также плавно, тоже через нос, выдохните, пока полностью не освободите лёгкие. Давайте все разом. «Плавный вдох — плавный выдох. Вдох — выдох:» Прислушивайтесь к своему дыханию. Постарайтесь вообразить волны, их плеск, запах морской воды и солнца. Вы чувствуете себя легко и свободно. Вы готовы к работе! Тогда в путь.

Лабораторно-практическая работа «Монтаж электрических цепей»

Работа № I

Сборка электрической цепи, состоящей из источника тока, лампочки, выключателя, соединительных проводов.(простая электрическая цепь).

Порядок выполнения работы

1. Начертите в тетради схему простой электрической цепи.(рис1.)

2. Соедините с помощью выключателя, проводов, батарейки и лампочки в соответствии со схемой.

3. Поверните рычажок выключателя, замкните цепь.

4. Проверьте работу цепи.

5. Разомкните цепь.

6. Разберите цепь. Рис 1

Работа №2

Сборка электрической цепи, состоящей из источника тока, 2-х лампочек, выключателя, соединительных проводов. (соединение потребителей электроэнергии последовательное).

Порядок выполнения работы

1. Начертите в тетради схему последовательного соединения потребителей электроэнергии из 2-х лампочек.

2. Соедините с помощью выключателя, электрической лампы, проводов и батареи в соответствии со схемой.

3. Поверните рычажок выключателя, замкните цепь.

4. Проверьте работу цепи.

5. Разомкните цепь.

6. Вывернуть одну лампочку.

7. Поверните рычажок выключателя, замкните цепь.

8. Проверьте работу цепи, будет ли гореть другая лампочка?

9. Разомкните цепь.

1. Из каких элементов состоят собранные вами электрические цепи?
2. Назовите материалы, проводящие и непроводящие электрический ток.
3. С какой целью применяются условные обозначения электрической цепи?
4. Подготовить краткий отчет

• название работ;
• схемы электрических цепей;
• ответы на вопросы.

Работа № 3

Сборка электрической цепи, состоящей из источника тока, 3-х лампочек, переключателя, соединительных проводов.

Порядок выполнения работы

1. Начертите в тетради схему электрической цепи.

2. Соедините лампы накаливания с батареей и переключателем в соответствии со схемой.

3. Передвигая контактный рычаг, поочередно включите лампочки,

4. Разберите цепь.

Работа №4

Сборка электрической цепи, состоящей из источника тока, 2-х лампочек, переключателя, соединительных проводов. (соединение потребителей электроэнергии параллельное).

Порядок выполнения работы

1. Начертите в тетради схему параллельного соединения потребителей электроэнергии из 2-х лампочек

2. Соедините через выключатель лампы накаливания с батареей в соответствии со схемой.

3. Поверните рычажок выключателя, замкните цепь.

4. Проверьте работу цепи.

5. Разомкните цепь.

6. Вывернуть одну лампочку.

7. Поверните рычажок выключателя, замкните цепь.

8. Проверьте работу цепи, будет ли гореть другая лампочка?

9. Разомкните цепь.

1. С какой целью зачищают концы проводов перед подключением их к электроарматуре?
2. Чем отличаются проводники от изоляторов?
3. Из каких элементов состоит простейшая электрическая цепь?
4. Подготовить краткий отчет

• название работ;
• схемы электрических цепей;
• ответы на вопросы.

Домашнее задание: Индивидуальные задания: собрать простейшую цепь на батарейке и оформить ее в виде фонарика из пластиковых бутылок (образец демонстрируется учителем)

— Подготовить сообщение «Людям, каких профессий нужны знания по электричеству».

Электрическая цепь и ее составные части

Электрической цепью называют набор устройств, предназначенных для прохождения по ним электрического тока. Назначение электроцепи — транспортировка электроэнергии потребителю для ее последующего преобразования в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую или электрохимическую. Из каких элементов состоят электрические цепи и как обозначаются на графических схемах – об этом рассказывается в данной статье.

Составные части

Любая электрическая цепь имеет следующие базовые элементы: источник тока, потребители тока, соединительные провода. Потребители тока могут состоять из более мелких элементов второго уровня, каждый из которых имеет свое наименование, функцию и параметры.

Для удобства электрические цепи изображают в виде графических схем, в которых используются общепринятые условные символы различных элементов. Обозначения элементов электрических цепей имеют интернациональный характер, классифицированы и систематизированы.

Разновидности цепей

Различают цепи для постоянного и переменного токов. Постоянный ток не меняет своего направления. Пример сети постоянного тока — электрические цепи автомобилей. Переменный ток меняет свое направление с определенной частотой. График зависимости переменного тока от времени в нашей сети имеет синусоидальный вид. Полярность изменяется 50 раз в секунду, что соответствует частоте 50 Гц. Под внутренней частью цепи подразумевают источники электропитания. Под внешней — провода, переключатели, бытовые и измерительные приборы.

Элементы цепи

Все электрические цепи служат для производства, передачи и потребления электрической энергии. Элементы цепей подразделяются на пассивные и активные. К пассивным относятся потребляющие и передающие электроэнергию: лампочки, нагревательные элементы, электродвигатели и т.п. К активным —- источники, генерирующие электроэнергию: аккумуляторы, генераторы, солнечные батареи, термодатчики. Кроме этого элементы делятся на двухполюсные (два вывода) и многополюсные ( три и более выводов).

Пример двухполюсника — резистор. Пример трехполюсника — транзистор.

Примеры составных частей электрической цепи:

• Источник. Обычно это аккумулятор, гальванический элемент или генератор. Реже, но бывают солнечные батареи или ветрогенераторы;
• Проводник. Необходимый элемент для транспортировки электроэнергии от источника к потребителю;
• Потребитель. Осветительные и нагревательные приборы, двигатели, бытовая техника, компьютеры;
• Переключающие (коммутирующие) устройства. В простейшем варианте — выключатель.

Электрический ток течет только по замкнутой цепи. Если цепь разомкнуть, то движение электронов прекратится.

Потребители электроэнергии

Перечислим основных потребителей:

• Резисторы — потребители, которые могут иметь как постоянное, так и переменное сопротивление;
• Конденсаторы — потребители, имеющие емкостные свойства;
• Индуктивности — потребители, создающие магнитное поле;
• Электродвигатель — потребитель, преобразующий электрическую энергию в механическую.

Контур, узел, ветвь

Для описания и анализа схем используются следующие термины:

• Ветвь — участок с одним или несколькими компонентами соединенными последовательно;
• Узел — место соединения двух и более ветвей;
• Контур — совокупность ветвей, образующих для тока замкнутый контур. Один из узлов в контуре должен быть и началом и концом пути. Остальные узлы должны встречаться не более одного раза.

Очень полезным элементом электрической цепи является предохранитель. Он предотвращает перегорание элементов цепи в случае перегрева. Предохранитель содержит легкоплавкий проводник, который перегорает в случае превышения допустимых параметров. Поменять предохранитель легче, чем найти сгоревший элемент среди сотен подобных элементов.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что такое электрическая цепь и ее составные части. Все электрические цепи состоят из источников, проводников, потребителей и переключающих устройств.

Режимы работы электрической цепи

Для электрической цепи наиболее характерными являются режимы нагрузочный, холостого хода и короткого замыкания.

Нагрузочный режим . Рассмотрим работу электрической цепи при подключении к источнику какого-либо приемника с сопротивлением R (резистора, электрической лампы и т. п.).

На основании закона Ома э. д. с. источника равна сумме напряжений IR на внешнем участке цепи и IR0 на внутреннем сопротивлении источника:

Учитывая, что напряжение Uи и на зажимах источника равно падению напряжения IR во внешней цепи, получим:

Эта формула показывает, что э. д. с. источника больше напряжения на его зажимах на значение падения напряжения внутри источника . Падение напряжения IR0 внутри источника зависит от тока в цепи I (тока нагрузки), который определяется сопротивлением R приемника. Чем больше будет ток нагрузки, тем меньше напряжение на зажимах источника:

Падение напряжения в источнике зависит также и от внутреннего сопротивления R0. Зависимость напряжения Uи от тока I изображается прямой линией (рис. 1). Эту зависимость называют внешней характеристикой источника.

Пример 1. Определить напряжение на зажимах генератора при токе нагрузки 1200 А, если его э. д. с. равна 640 В, а внутреннее сопротивление 0,1 Ом.

Решение. Падение напряжения во внутреннем сопротивлении генератора

Напряжение на зажимах генератора

Из всех возможных нагрузочных режимов наиболее важным является номинальный. Номинальным называется режим работы, установленный заводом-изготовителем для данного электротехнического устройства в соответствии с предъявляемыми к нему техническими требованиями. Он характеризуется номинальными напряжением, током (точка Н на рис. 1) и мощностью. Эти величины обычно указывают в паспорте данного устройства.

От номинального напряжения зависит качество электрической изоляции электротехнических установок, а от номинального тока — температура их нагрева, которая определяет площадь поперечного сечения проводников, теплостойкость применяемой изоляции и интенсивность охлаждения установки. Превышение номинального тока в течение длительного времени может привести к выходу из строя установки.

Рис. 1. Внешняя характеристика источника

Режим холостого хода . При этом режиме присоединенная к источнику электрическая цепь разомкнута, т. е. тока в цепи нет. В этом случае внутреннее падение напряжения IR0 будет равно нулю

Таким образом, в режиме холостого хода напряжение на зажимах источника электрической энергии равно его э. д. с. (точка X на рис. 1). Это обстоятельство можно использовать для измерения э. д. с. источников электроэнергии.

Режим короткого замыкания . Коротким замыканием (к. з.) называют такой режим работы источника, когда его зажимы замкнуты проводником, сопротивление которого можно считать равным нулю. Практически к. з. возникает при соединении друг с другом проводов, связывающих источник с приемником, так как эти провода имеют обычно незначительное сопротивление и его можно принять равным нулю.

Короткое замыкание может происходить в результате неправильных действий персонала, обслуживающего электротехнические установки, или при повреждении изоляции проводов. В последнем случае эти провода могут соединяться через землю, имеющую весьма малое сопротивление, или через окружающие металлические детали (корпуса электрических машин и аппаратов, элементы кузова локомотива и пр.).

При коротком замыкании ток

Ввиду того что внутреннее сопротивление источника R0 обычно очень мало, проходящий через него ток возрастает до весьма больших значений. Напряжение же в месте короткого замыкания становится равным нулю (точка K на рис. 1), т. е. электрическая энергия на участок электрической цепи, расположенный за местом короткого замыкания, поступать не будет.

Пример 2. Определить ток короткого замыкания генератора, если его э. д. с. равна 640 В и внутреннее сопротивление 0,1 Ом.

Короткое замыкание является аварийным режимом, так как возникающий при этом большой ток может привести в негодность как сам источник, так и включенные в цепь приборы, аппараты и провода. Лишь для некоторых специальных генераторов, например сварочных, короткое замыкание не представляет опасности и является рабочим режимом.

В электрической цепи ток проходит всегда от точек цепи, находящихся под большим потенциалом, к точкам, находящимся под меньшим потенциалом. Если какая-либо точка цепи соединена с землей, то потенциал ее принимается равным нулю. В этом случае потенциалы всех других точек цепи будут равны напряжениям, действующим между этими точками и землей.

По мере приближения к заземленной точке уменьшаются потенциалы различных точек цепи, т. е. напряжения, действующие между этими точками и землей. По этой причине обмотки возбуждения тяговых двигателей и вспомогательных машин, в которых при резких изменениях тока могут возникать большие перенапряжения, стараются включать в силовую цепь ближе к “земле” (за обмоткой якоря).

В этом случае на изоляцию этих обмоток будет действовать меньшее напряжение, чем если бы они были включены ближе к контактной сети на электровозах постоянного тока или к незаземленному полюсу выпрямительной установки на электровозах переменного тока (т. е. находились бы под более высоким потенциалом). Точно также точки электрической цепи, находящиеся под более высоким потенциалом, являются более опасными для человека, соприкасающегося с токоведущими частями электрических установок. При этом он попадает под более высокое напряжение по отношению к земле.

Следует отметить, что при заземлении одной точки электрической цепи распределение токов в ней не изменяется, так как при этом не образуется никаких новых ветвей, по которым могли бы протекать токи. Если заземлить две (или больше) точки цепи, имеющие разные потенциалы, то через землю образуются дополнительная токопроводящая ветвь (или ветви) и распределение тока в цепи меняется.

Следовательно, нарушение или пробой изоляции электрической установки, одна из точек которой заземлена, создает контур, по которому проходит ток, представляющий собой, по сути дела, ток короткого замыкания. То же происходит в незаземленной электрической установке при замыкании на землю двух ее точек. При разрыве электрической цепи все ее точки до места разрыва оказываются под одним и тем же потенциалом.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Электрическая энергия: как она передаётся от генератора к потребителю Текст научной статьи по специальности «Физика»

Текст научной работы на тему «Электрическая энергия: как она передаётся от генератора к потребителю»

Результаты обследования больных с облитери-! рующим атеросклерозом показали, что при компенсации артериального кровообращения значения показателей гемореологии соответствовали нормальному уровню. По мере прогрессирования ишемии нарастали негативные изменения реологических свойств крови. У больных с декомпенсацией артериального кровообращения в покое отмечались высокие значения гематокрита (49, 8 7+0 0, 8); наблюдалось увеличение вязкости суспензии эритроцитов со стандартным гематокритом на 10%, что свидетельствовало об ухудшении деформируемости эритроцитов; регистрировалось повышение агрегации эритроцитов на 25%. Возрастание адгезии лейкоцитов было незначительным.

Полученные данные указывают на развитие синдрома гипервязкости крови при венозной и артериальной недостаточности нижних конечностей, который, очевидно, оказывает неблагоприятное воздействие на тканевую перфузию. Известно, что возрастание агрегации эритроцитов и концентрации белков плазмы затрудняет диффузионный перенос кислорода из крови в ткань, а повышение степени адгезии лейкоцитов и гемоконцентрация увеличивают сопротивление кровотоку на уровне микроциркуляции. В данных условиях указанные гемореологические сдвиги способствовали усилению гипоксии тканей и повышению риска тром-бообразования. Об этом свидетельствовали трофические нарушения, отмечавшиеся у больных с синдромом гипервязкости крови.

На основании полученных данных можно заключить, что различные неблагоприятные факторы вызывают изменения гемореологических параметров, приводящие к повышению вязкости крови. Основными составляющими компонентами синдрома гипервязкости крови являются гемоконцентрация, повышенная агрегация эритроцитов, сниженная их деформируемость, высокая адгезия лейкоцитов. Доминирование тех или иных компонентов синдрома при разных заболеваниях различно.

Исходя из результатов исследования, важными профилактическими мероприятиями, направленными на сохранение здоровья, считаем:

1. устранение факторов риска;

2. своевременную диагностику гемореологических нарушений;

3. использование средств улучшения текучести крови (физическая тренировка, фарма-

кологическая коррекция синдрома гипервязкости крови).

1. Березин И.П., Дергачев Ю.В. Школа здоровья. М.: Моск. рабочий, 1989.

2. Жилов Ю.Д., Куценко Г.И., Назарова E.H. Основы медико-биологических знаний. М.: Высш. шк., 1996.

, 3. Муравьев A.B. Морфофункциональные основы изменений микрососудистого русла, реологических свойств крови и транспорта кислорода при адаптации к мышечным нагрузкам: Ав-тореф. дис. докт. биол. наук. М., 1993.

4. Сюньков В.Я. Основы безопасности жизнедеятельности. М., 1995.

5. Messmer К. Oxygen transport capacity // High Altitude Physiol. N.Y.: Springer. 1982. P. 117-122.

Электрическая энергия: как она передаётся от генератора к потребителю

Беседы с воспитанниками школ, поступающими в вузы, показали: многие из них убеждены в том, что электрическая энергия от генератора к потребителю передаётся электронами, движущимися в проводах линии электропередач.

Опираясь на материал современных учебников физики, возможно в общеобразовательной школе, и тем более в школах с углублённым изучением физики, в полной мере раскрыть физические явления, сопровождающие движение электромагнитной энергии от генератора к потребителю.

1. Передача электромагнитной энергии по коаксиальному кабелю

При постоянном напряжении и между центральной жилой и наружной металлической оболочкой у зажимов генератора в проводах кабеля установится стационарный ток I. Если пренебречь сопротивлениями центральной жилы и оболочки,

передаваемая мощность равна Р = их I . (1).

Ярославский педагогический вестник. 1998. №2.

Как известно, с электрическим током всегда связано магнитное поле, линии индукции которого охватывают токонесущий провод. Следовательно, внутри оболочки существует только магнитное поле центральной жилы. Это поле выглядит так же, как магнитное поле прямолинейного провода с током, то есть линии напряжённости магнитного поля Н представляют собой концентрические окружности, охватывающие центральную жилу (пунктирные линии на рис. 1). Токи центральной жилы и оболочки текут в разные стороны. Поэтому их магнитные поля вне наружной оболочки взаимно компенсируются. Линии напряжённости электрического поля Е в диэлектрическом слое между центральной жилой и токопроводящей оболочкой направлены вдоль радиуса (сплошные линии на рис.1).

При малой толщине диэлектрического слоя, как это имеет место на практике, то есть при выполнении условия Я — г « 1, можно считать, что напряжённость Е, так же как напряжённость Н, во всех точках диэлектрика имеют соответственно одинаковые значения. Для точек, находящихся посредине между центральной жилой и проводящей оболочкой кабеля

и = Ех(Я-г); 1 = Нхя(Ы-г) . (3).

Передаваемая по кабелю мощность, то есть энергия электромагнитного поля, движущаяся через поперечное сечение кабеля в единицу времени, равна

и = Ех1 = ЕНх7Сх(112-г2) . (4).

Здесь ях (Я2 -г2) представляет собой площадь поперечного сечения диэлектрического слоя кабеля, Е и Н—величины, характеризующие электромагнитное поле в том же диэлектрическом слое. Следовательно, вся электрическая энергия от генератора к потребителю передаётся не по проводам, а по диэлектрическому слою между центральной жилой и проводящей оболочкой. При этом но-

сителем является электромагнитное поле, составляющими которого являются Е и Н. Назначение то-копроводящих жилы и оболочки сводится к функции лишь быть направляющими потока электромагнитной энергии. Произведение Е и Н обозначаем, как это общепринято, символом П в честь одного из учёных, Умова и Пойнтинга.

Легко заметить, что П по величине равен мощности, передаваемой через единичную площадь диэлектрического слоя кабеля. Кроме того, П имеет векторный характер — указывает направление движения энергии. Векторная величина П = ЕхН, называется вектором Умова-Пойнтинга. Три вектора Е, Й и П образуют в пространстве взаимно связанную взаимно перпендикулярную систему векторов. В общем случае, если известны направления векторов Ёх Й, то направление вектора П можно определить известным правилом винта: если поворачивать правовинтовой буравчик (винт) от Е к Й, то движение буравчика совпадает с направлением вектора П.

Полученное выражение (5) справедливо не только для рассмотренного случая передачи энергии по кабелю, но при любой конфигурации линии электропередачи. Более того, оно справедливо, и для переменного электромагнитного поля, в частности, и для случая передачи электромагнитной энергии без всяких проводов.

2. Скорость распространения электромагнитной энергии

Вычислим скорость распространения электромагнитной энергии вдоль коаксиального кабеля, предполагая, что нам известны абсолютные значения диэлектрической еа и магнитной проницательности диэлектрического слоя.

Передаваемая вдоль кабеля мощность

С другой стороны, в каждой единице объёма диэлектрического слоя кабеля заключённая энергия электромагнитного поля равна

В единицу времени через поперечное сечение диэлектрического слоя проходит электромагнитная энергия, заключённая внутри объёма :

Приравнивая (4) и (6) и умножая обе части на ^.получим

£а21ЁхУ8+М*хНху8 = 28 (8) Н Е

В уравнении (7) сделаем замену л = —.

Получим квадратное уравнение относительно X:

6 хУХ2-2Х+цаУ = 0 . (10),

которое имеет решение

откуда сразу получаем ответ к поставленной задаче

Следовательно, скорость V движения электромагнитной энергии равна скорости света в данном диэлектрике. Она зависит только от электрических й магнитных свойств диэлектрического слоя кабеля, но не зависит от материала провода. Это обстоятельство ещё раз подтверждает справедливость сказанного выше о том, что электромагнитная энергия передаётся не по проводам, а по диэлектрической среде, окружающей провода линии передач.

Полученный результат (12) не зависит от конструкции кабеля. Это, как обычно в физике, означает, что результат справедлив для любого движения электромагнитной энергии.

Завершая рассмотрение вопроса, докажем, что в электромагнитном поле объёмные плотности энергий электрической и магнитной, составляющих поля, равны между собой. Действительно, из решения уравнения (10) следует, что

Определение неизвестных X и V из полученного решения (10) упрощается, если использовать известную в теории электромагнитного поля теорему единственности. Согласно этой теореме «если

найдены составляющие поля Ё и Н, которые удовлетворяют уравнениям электромагнитного поля и заданным ^аничным условиям, то эти решения являются единственными».

В простейшем случае теорема единственности учащимся известна, хотя слово «теорема» не упоминается. Анализируя на уроках физики свойства векторных полей Ё и Н > доказывают, что силовые линии § и Н не пересекаются и что через любую точку поля проходит лишь одна силовая линия Ё и лишь одна силовая линия Н • Следовательно, согласно теореме единственности, решение (10) имеет только одно значение X. Это возможно только при условии равенства нулю подкоренного выражения, то есть при условии

Что и требовалось доказать. Е 1 1

Из всего сказанного вытекают основные свойства электромагнитного поля:

— в электромагнитном поле объёмные плотности энергий, составляющих поля, равны между собой;

— электромагнитное поле существует только в движении, распространяясь путём взаимного превращения его составляющих;

— скорость движения энергии электромагнитного поля равна скорости света в данной среде.

Простое наложение электрического поля конденсатора и магнитного поля стального магнита не образуют электромагнитного поля. В этом случае нет взаимного превращения полей, нет и движения энергии.

Ярославский педагогический вестник, 1998. №2.

3. Электромагнитные процессы в реальной линии электропередач

На рис.2, представлены два параллельных цилиндрических провода, соединяющих генератор с потребителем электрической энергии. Передние части проводов на рисунке срезаны. Обозначим радиус провода символом а, а их длину через /. При постоянном напряжении и, приложенном к проводам в начале линии, в цепи создаётся электрический ток I. Так как провода обладают сопротивлением 11, то на всей длине проводов имеет место падения напряжения Д и = I х II.

Следовательно, внутри проводов и вблизи поверхности вне проводов имеет место продольная (тангенциальная) составляющая напряжённости стационарного электрического поля.

Величина этой составляющей напряжённости невелика, так как сопротивление проводов линии электропередачи обычно составляет тысячные доли Ом на 1 м.

Кроме того, между токонесущими проводами появляется перпендикулярная к поверхности проводов (радиальная) составляющая напряжённости электрического поля Еп. Величина этой составляющей значительна, так как на практике напряжение у зажимов генератора составляет несколько сот вольт, расстояние между проводами от нескольких мм до нескольких см. Магнитное поле как внутри, так и вне проводов имеет структуру концентрических окружностей (на рис.2 — пунктирные линии), а его напряжённость на поверхности проводника

Пользуясь правилом винта, легко установить, что вектор потока плотности энергии (вектор Умо-ва-Пойнтинга) внутри проводника

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

направлен внутрь по радиусу и ослабевает по мере проникновения в проводник, потому что с уменьшением радиуса уменьшается напряжённость магнитного поля. На оси провода Н = 0.

Постепенное убывание поля вектора Пойнтин-га указывает на расход энергии.

Энергия проходит через поверхность проводника и вызывает его нагрев. Источником этой энергии является внешнее электромагнитное поле. Вычислим полный поток электромагнитной энергии через боковую поверхность проводника в единицу времени:

P = nSB=EHSB=—х — X2TOP=I2R . (17).

Оказывается, энергия электромагнитного поля, входящая через боковую поверхность, равна джо-улевым потерям в проводнике. Вне проводника вектор Умова-Пойнтинга в основном направлен параллельно проводнику, указывая тем самым, что в линиях электропередач энергия передаётся по окружающему провода диэлектрику. Провода линии обеспечивают движение энергии в требуемом направлении. Таким образом, в системе генератор — линия передачи — приёмник происходят следующие электромагнитные процессы:

В генераторе механическая, химическая или другой вид энергии преобразуется в энергию электромагнитного поля. По диэлектрику, окружающему провода линии, происходит движение энергии со скоростью света в данном диэлектрике. В проводах линии часть передаваемой энергии преобразуется в тепло. Другая — основная — часть передаваемой энергии потя в приёмнике поглощается, преобразуется в механическую или в другие виды энергии.

Маенит.Уполе 3/1- п^.ле

1. Кашинский А.Е. и др. Теоретические основы электротехники. М.: ГЭИ., 1961.

2. Купалян С.Д. Теоретические основы электротехники. М.: Энергия, 1970.