Существует множество понятий, которые нельзя увидеть собственными глазами и потрогать руками. Наиболее ярким примером служит электротехника, состоящая из сложных схем и малопонятной терминологии. Поэтому очень многие просто отступают перед трудностями предстоящего изучения этой научно-технической дисциплины.
Получить знания в этой области помогут основы электротехники для начинающих, изложенные доступным языком. Подкрепленные историческими фактами и наглядными примерами, они становятся увлекательными и понятными даже для тех, кто впервые столкнулся с незнакомыми понятиями. Постепенно продвигаясь от простого к сложному, вполне возможно изучить представленные материалы и использовать их в практической деятельности.
Понятия и свойства электрического тока
Электрические законы и формулы требуются не только для проведения каких-либо расчетов. Они нужны и тем, кто на практике выполняет операции, связанные с электричеством. Зная основы электротехники можно логическим путем установить причину неисправности и очень быстро ее устранить.
Суть электрического тока заключается в движении заряженных частиц, переносящих электрический заряд от одной до другой точки. Однако при беспорядочном тепловом движении заряженных частиц, по примеру свободных электронов в металлах, переноса заряда не происходит. Перемещение электрического заряда через поперечное сечение проводника происходит лишь при условии участия ионов или электронов в упорядоченном движении.
Электрический ток всегда протекает в определенном направлении. О его наличии свидетельствуют специфические признаки:
- Нагревание проводника, по которому протекает ток.
- Изменение химического состава проводника под действием тока.
- Оказание силового воздействия на соседние токи, намагниченные тела и соседние токи.
Электрический ток может быть постоянным и переменным. В первом случае все его параметры остаются неизменными, а во втором – периодически происходит изменение полярности от положительной к отрицательной. В каждом полупериоде изменяется направление потока электронов. Скорость таких периодических изменений представляет собой частоту, измеряемую в герцах
Основные токовые величины
При возникновении в цепи электрического тока, происходит постоянный перенос заряда через поперечное сечение проводника. Величина заряда, перенесенная за определенную единицу времени, называется силой тока, измеряемой в амперах.
Для того чтобы создать и поддерживать движение заряженных частиц, необходимо воздействие силы, приложенной к ним в определенном направлении. В случае прекращения такого действия, прекращается и течение электрического тока. Такая сила получила название электрического поля, еще она известна как напряженность электрического поля. Именно она вызывает разность потенциалов или напряжение на концах проводника и дает толчок движению заряженных частиц. Для измерения этой величины применяется специальная единица – вольт. Существует определенная зависимость между основными величинами, отраженная в законе Ома, который будет рассмотрен подробно.
Важнейшей характеристикой проводника, непосредственно связанной с электрическим током, является сопротивление, измеряемое в омах. Данная величина является своеобразным противодействием проводника течению в нем электрического тока. В результате воздействия сопротивления происходит нагрев проводника. С увеличением длины проводника и уменьшением его сечения, значение сопротивления увеличивается. Величина в 1 Ом возникает, когда разность потенциалов в проводнике составляет 1 В, а сила тока – 1 А.
Закон Ома
Данный закон относится к основным положениям и понятиям электротехники. Он наиболее точно отражает зависимость между такими величинами, как сила тока, напряжение, сопротивление и мощность. Определения этих величин уже были рассмотрены, теперь нужно установить степень их взаимодействия и влияния друг на друга.
Для того чтобы вычислить ту или иную величину, необходимо воспользоваться следующими формулами:
- Сила тока: I = U/R (ампер).
- Напряжение: U = I x R (вольт).
- Сопротивление: R = U/I (ом).
Зависимость этих величин, для лучшего понимания сути процессов, часто сравнивается с гидравлическими характеристиками. Например, внизу бака, наполненного водой, устанавливается клапан с примыкающей к нему трубой. При открытии клапана вода начинает течь, поскольку существует разница между высоким давлением в начале трубы и низким – на ее конце. Точно такая же ситуация возникает на концах проводника в виде разности потенциалов – напряжения, под действием которого электроны двигаются по проводнику. Таким образом, по аналогии, напряжение представляет собой своеобразное электрическое давление.
Силу тока можно сравнить с расходом воды, то есть ее количеством, протекающим через сечение трубы за установленный период времени. При уменьшении диаметра трубы уменьшится и поток воды в связи с увеличением сопротивления. Этот ограниченный поток можно сравнить с электрическим сопротивлением проводника, удерживающим поток электронов в определенных рамках. Взаимодействие тока, напряжения и сопротивления аналогично гидравлическим характеристикам: с изменением одного параметра, происходит изменение всех остальных.
Энергия и мощность в электротехнике
В электротехнике существуют еще и такие понятия, как энергия и мощность, связанные с законом Ома. Сама энергия существует в механической, тепловой, ядерной и электрической форме. В соответствии с законом сохранения энергии, ее невозможно уничтожить или создать. Она может лишь преобразовываться из одной формы в другую. Например, в аудиосистемах осуществляется преобразование электроэнергии в звук и теплоту.
Любые электрические приборы потребляют определенное количество энергии на протяжении установленного промежутка времени. Эта величина индивидуальна для каждого прибора и представляет собой мощность, то есть объем энергии, который может потребить тот или иной прибор. Этот параметр вычисляется по формуле P = I x U, единицей измерения служит ватт. Он означает перемещение одного ампера одним вольтом через сопротивление в один ом.
Таким образом, основы электротехники для начинающих помогут на первых порах разобраться с основными понятиями и терминами. После этого будет значительно легче использовать полученные знания на практике.
Электрика для чайников: основы электроники
Описание разработки
Являясь преподавателем электротехники более 30 лет, я могу с уверенностью утверждать, что электротехника – это базовый предмет всех без исключения технических предметов. А влиятельная «Международная электротехническая комиссия» регламентирует все вопросы, связанные с наукой и техникой в мире.
В самом слове «электротехническая» подчеркивается приоритетность этого вида энергии. Следовательно, любая человеческая деятельность на производстве, быту, науке, так или иначе связана с электричеством. Поэтому знать его законы жизненная необходимость каждого современного цивилизованного человека.
Достаточно взглянуть на Землю из космоса в ночное время, как становится ясным, какая из стран является наиболее развитой технически, экономически и т.д. Так как вся территория этой страны выделяется наибольшей освещенностью.
По мере того как улучшается и совершенствуется наш быт, все более широкое применение находит в наших домах электричество. И не только в быту. В промышленности используются миллионы электрических машин и приборов, они установлены на станках, конвейерных линиях, буровых вышках, строительных кранах, электропоездах, трамваях, троллейбусах. Их можно видеть на оросительных сооружениях, молотильных токах, животноводческих фермах.
Электричество плавит металл и печет хлеб, сваривает каркасы заводских цехов, закаливает сталь, доит коров и выводит в инкубаторах цыплят. Оно начисляет заработную плату, следит за производственными и технологическими процессами. С помощью электрических сигналов осуществляется проводная и беспроводная связь. Работает радио, телевидение. С помощью электрических сигналов осуществляется исследование ближнего и дальнего макрокосмоса и микрокосмоса.
Благодаря электричеству и компьютерной технике производятся сложнейшие операции, человеку открылись тайны клетки и даже ген. Электричество вездесуще. Оно — наш могучий и добрый помощник и друг. Сложно себе представить в какой области жизнедеятельности человека отсутствует или же не могло бы использоваться электричество.
Помню, прочитанный мною в журнале «Наука и жизнь», фантастический рассказ о том, как Земля подверглась нападению из космоса микробов, пожирающих электромагнитные волны. И наступившем в мире всеобщем хаосе.
Оказалось, что в нашем индустриальном мире все или практически все проводилось в движение и работало благодаря электроэнергии, т.е. электричеству. Остановились поезда, замерзло метро. В аэропортах не смогли запустить двигатели самолетов, а летящие лайнеры с остановившимися двигателями, потеряли управление и почти наверняка разбились. Остановились тысячи кораблей в морях и океанах, так и не доплыв до берега.
Прервалась связь между городами, странами, континентами. Лошадь и велосипед – вот что осталось как средство передвижения человечеству. Разрушились тысячи семей так и не найдя друг друга. В домах вышел из строя водопровод, отопление, остановились часы, прекратили работу все радиостанции, погасли телевизоры. Оказались обреченными на страдания больные в больницах на операционных столах в барокамерах…
Начались пожары и взрывы на химических, металлургических и других предприятиях первой категории электроснабжения. Там прекращение подачи электроэнергии приводит к необратимым катастрофическим процессам. А атомное производство и в частности такая мощная сеть атомных станций в мире взрывались бы одна за другой, как нарывы на теле Земли.
Вряд ли можно представить, что бы выжило человечество и цивилизация в целом. И все это из-за каких-то микробов, пожирающих электромагнитные волны. Так глубоко и прочно вошло электричество не только в наш быт, жизнь, производство оно как бы стало диктовать условия развития всей цивилизации.А начиналось это давно, без малого две с половиной тысячи лет назад. Когда древнегреческий философ Фалес из г. Милет, славившейся своей рассеянностью, увидел то, на что другие не обращали внимание. Фалес заметил, что янтарь, потертый о ткань притягивает к себе пушинки и другие легкие предметы.
От греческого слова «электрон» — «янтарь» подобные явления получили название электрических. Электризацию трением каждый наблюдал не раз. Не следует думать, что электризация трением столь уж безобидна. Молния и гром – это тоже результат электризации трением воздушных потоков в атмосфере. В промышленности электризация трением нередко становится серьезной помехой для многих производственных процессов.
Так в типографии электричество, возникающее при трении бумажных листов, значительно затрудняется печатанье, так как наэлектризованные листы слипаются,что мешает их движению и укладке.
На текстильной фабрике по той же причине плохо скручиваются нити. Электризация волокон вызывает то взаимное отталкивание,а на производстве, где применяют горячие вещества, электрическая искра может вызывать их воспламенение.
Так, на заводах по производству резиновых изделий работают машины, которые наносят резиновый клей не тканевые материалы. В результате постоянного трения тканей при движении они электризуются. Даже небольшая искра при этом может вызывать пожар, так как окружающий воздух насыщен парами бензина. Особенно опасна электризация при транспортировке и перекачке воспламеняющихся жидкостей, например при заправке горючим самолетов.
Здесь электризация трением может наделать много бед. Специалисты нашли способ борьбы с «диким» электричеством: в бензин добавляют магниевую соль фолиевой кислоты, которая полностью устраняет электризацию. Но электричество приносит не только беды, но может быть и полезным. Так, электризуя частицы краски при её распылении можно добиться более ровного и прочного окрашивания предметов.
Такое крашение устраняет потери краски, дает большую экономию материалов. На некоторых предприятиях аналогичным способом, покрывают ткани, приклеивают ворс – короткие волокна, плюш, замшу, ковры. На других предприятиях таким же образом получают наждачную бумагу. С помощью электризации нередко удается разделить смесь, состоящую из различных частиц. Такое разделение смеси нарывают электросепарацией.
В литейном производстве, например, электросепарацией очищают землю от примесей после отливки. В сельском хозяйстве применяют электрический способ очистки зерна и семян. На этом же принципе основано действие, используемых на многих заводах и фабриках электрических фильтров, очищающих воздух от дыма и пыли. И так совершенно неожиданные возможности открыло статическое электричество. А это всего лишь одна веточка огромного и могучего дерева, науки об использовании электричества.
Межпредметные связи предмета «Электротехника с основами электроники» с предметами, изучаемыми в колледже:
Каждая тема предмета – это область приложения знаний на практике. Изучая тему диэлектриков, важно показать, почему провода покрываются диэлектриком (изолируют), какую роль диэлектрик играет в конденсаторе. Привести примеры последовательного и параллельного соединения конденсаторов и их практического использования при компенсации реактивной мощности в цепях переменного тока.
Использовать конденсатор как источник дополнительного питания в газоразрядных лампах, использовать конденсаторы в качестве датчиков при контроле и автоматизации производственных процессов, и т д. При изучении темы «Электрические цепи переменного тока» вводится понятие частоты переменного тока.
Разбирается где какая частота применяется на практике, в производстве и быту. Например: 16 Гц-это частота, на которой человек начинаем слышать, частота близкая к писку комара. При электрификации железных дорог используется переменный ток f = 25Гц — 16Гц.
Весь материал — в документе.
Содержимое разработки
Электротехника – базовый предмет
Являясь преподавателем электротехники более 30 лет, я могу с уверенностью утверждать, что электротехника – это базовый предмет всех без исключения технических предметов. А влиятельная «Международная электротехническая комиссия» регламентирует все вопросы, связанные с наукой и техникой в мире. В самом слове «электротехническая» подчеркивается приоритетность этого вида энергии. Следовательно, любая человеческая деятельность на производстве, быту, науке, так или иначе связана с электричеством. Поэтому знать его законы жизненная необходимость каждого современного цивилизованного человека.
Достаточно взглянуть на Землю из космоса в ночное время, как становится ясным, какая из стран является наиболее развитой технически , экономически и т.д. Так как вся территория этой страны выделяется наибольшей освещенностью. По мере того как улучшается и совершенствуется наш быт, все более широкое применение находит в наших домах электричество. И не только в быту. В промышленности используются миллионы электрических машин и приборов, они установлены на станках, конвейерных линиях, буровых вышках, строительных кранах, электропоездах, трамваях, троллейбусах. Их можно видеть на оросительных сооружениях, молотильных токах, животноводческих фермах. Электричество плавит металл и печет хлеб, сваривает каркасы заводских цехов, закаливает сталь, доит коров и выводит в инкубаторах цыплят. Оно начисляет заработную плату, следит за производственными и технологическими процессами. С помощью электрических сигналов осуществляется проводная и беспроводная связь. Работает радио, телевидение. С помощью электрических сигналов осуществляется исследование ближнего и дальнего макрокосмоса и микрокосмоса. Благодаря электричеству и компьютерной технике производятся сложнейшие операции, человеку открылись тайны клетки и даже ген. Электричество вездесуще. Оно — наш могучий и добрый помощник и друг. Сложно себе представить в какой области жизнедеятельности человека отсутствует или же не могло бы использоваться электричество.
Помню, прочитанный мною в журнале «Наука и жизнь», фантастический рассказ о том, как Земля подверглась нападению из космоса микробов, пожирающих электромагнитные волны. И наступившем в мире всеобщем хаосе. Оказалось, что в нашем индустриальном мире все или практически все проводилось в движение и работало благодаря электроэнергии, т.е. электричеству. Остановились поезда, замерзло метро. В аэропортах не смогли запустить двигатели самолетов, а летящие лайнеры с остановившимися двигателями, потеряли управление и почти наверняка разбились. Остановились тысячи кораблей в морях и океанах, так и не доплыв до берега. Прервалась связь между городами, странами, континентами. Лошадь и велосипед – вот что осталось как средство передвижения человечеству. Разрушились тысячи семей так и не найдя друг друга. В домах вышел из строя водопровод, отопление, остановились часы, прекратили работу все радиостанции, погасли телевизоры. Оказались обреченными на страдания больные в больницах на операционных столах в барокамерах… Начались пожары и взрывы на химических, металлургических и других предприятиях первой категории электроснабжения. Там прекращение подачи электроэнергии приводит к необратимым катастрофическим процессам. А атомное производство и в частности такая мощная сеть атомных станций в мире взрывались бы одна за другой, как нарывы на теле Земли. Вряд ли можно представить, что бы выжило человечество и цивилизация в целом. И все это из-за каких-то микробов, пожирающих электромагнитные волны. Так глубоко и прочно вошло электричество не только в наш быт, жизнь, производство оно как бы стало диктовать условия развития всей цивилизации .А начиналось это давно, без малого две с половиной тысячи лет назад. Когда древнегреческий философ Фалес из г. Милет, славившейся своей рассеянностью, увидел то, на что другие не обращали внимание. Фалес заметил, что янтарь, потертый о ткань притягивает к себе пушинки и другие легкие предметы. От греческого слова «электрон» — «янтарь» подобные явления получили название электрических. Электризацию трением каждый наблюдал не раз. Не следует думать, что электризация трением столь уж безобидна. Молния и гром – это тоже результат электризации трением воздушных потоков в атмосфере. В промышленности электризация трением нередко становится серьезной помехой для многих производственных процессов. Так в типографии электричество, возникающее при трении бумажных листов, значительно затрудняется печатанье, так как наэлектризованные листы слипаются ,что мешает их движению и укладке. На текстильной фабрике по той же причине плохо скручиваются нити. Электризация волокон вызывает то взаимное отталкивание ,а на производстве, где применяют горячие вещества, электрическая искра может вызывать их воспламенение. Так, на заводах по производству резиновых изделий работают машины, которые наносят резиновый клей не тканевые материалы. В результате постоянного трения тканей при движении они электризуются. Даже небольшая искра при этом может вызывать пожар, так как окружающий воздух насыщен парами бензина. Особенно опасна электризация при транспортировке и перекачке воспламеняющихся жидкостей, например при заправке горючим самолетов. Здесь электризация трением может наделать много бед. Специалисты нашли способ борьбы с «диким» электричеством: в бензин добавляют магниевую соль фолиевой кислоты, которая полностью устраняет электризацию. Но электричество приносит не только беды, но может быть и полезным. Так, электризуя частицы краски при её распылении можно добиться более ровного и прочного окрашивания предметов. Такое крашение устраняет потери краски, дает большую экономию материалов. На некоторых предприятиях аналогичным способом, покрывают ткани, приклеивают ворс – короткие волокна, плюш, замшу, ковры. На других предприятиях таким же образом получают наждачную бумагу. С помощью электризации нередко удается разделить смесь, состоящую из различных частиц. Такое разделение смеси нарывают электросепарацией . В литейном производстве, например, электросепарацией очищают землю от примесей после отливки. В сельском хозяйстве применяют электрический способ очистки зерна и семян. На этом же принципе основано действие, используемых на многих заводах и фабриках электрических фильтров, очищающих воздух от дыма и пыли. И так совершенно неожиданные возможности открыло статическое электричество. А это всего лишь одна веточка огромного и могучего дерева, науки об использовании электричества.
Межпредметные связи предмета «Электротехника с основами электроники» с предметами, изучаемыми в колледже:
Каждая тема предмета – это область приложения знаний на практике. Изучая тему диэлектриков, важно показать, почему провода покрываются диэлектриком (изолируют) , какую роль диэлектрик играет в конденсаторе. Привести примеры последовательного и параллельного соединения конденсаторов и их практического использования при компенсации реактивной мощности в цепях переменного тока .Использовать конденсатор как источник дополнительного питания в газоразрядных лампах , использовать конденсаторы в качестве датчиков при контроле и автоматизации производственных процессов, и т д. При изучении темы «Электрические цепи переменного тока» вводится понятие частоты переменного тока. Разбирается где какая частота применяется на практике , в производстве и быту. Например: 16 Гц-это частота, на которой человек начинаем слышать, частота близкая к писку комара. При электрификации железных дорог используется переменный ток f = 25Гц — 16Гц. А в тоже время в металлургии и метало — деревообрабатывающей промышленности используется ток с частотой от нескольких сотен до нескольких тысяч Гц. Для диэлектрического нагрева пластмассы, древесины, стекла и пищевых продуктов, а так же других полупроводниковых и диэлектрических материалов применяют высокочастотные установки с f=