Тема № 1. Электрический ток. Проводники, изоляторы. Электрические цепи.

Лекционный материал для подготовки учащихся по специальности «Водитель трамвая»).

Лекционный материал подготовили:

· Преподаватель Учебно-курсового комбината В.Н. Минина.

· Мастер производственного обучения УКК А.Д. Антонов.

Тема № 1. Электрический ток. Проводники, изоляторы. Электрические цепи.

Лекция 2 часа.

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц по замкнутому контуру.

Электрический ток бывает постоянным, пульсирующим и переменным. Постоянным током называется ток, который не изменяет своего направления. Пульсирующим током называется ток, который периодически изменяется только по величине. Переменным током называется ток, который изменяется по величине и направлению. Его характеристиками являются период и частота.

Период – это полное колебание тока. Частота – это количество колебаний в секунду.

Промышленная частота переменного тока – 50 герц.

Постоянный ток не меняет своего направления в течение времени.

За направление постоянного тока условно принято считать движение заряженных частиц от «+» плюса источника тока к его «-» минусу по внешнему контуру.

Величина тока (сила тока или ток) – физическая величина, характеризующая направленное движение заряженных частиц и измеряемая величиной заряда, протекающего через поперечное сечение проводника в единицу времени. I – сила тока; единица измерения - «АМПЕР»; Контрольно-измерительный прибор – «амперметр» В условное обозначение схеме –

В электрическую цепь амперметр включается последовательно.

Напряжение – это разность потенциалов между двумя точками замкнутой цепи при протекании через нее электрического тока. U – электрическое напряжение; единица измерения - «ВОЛЬТ»; Контрольно-измерительный прибор – «вольтметр» В условное обозначение в схеме –

В цепь вольтметр включается параллельно. Е - электродвижущая сила (ЭДС). Это разность потенциалов на зажимах источника тока при разомкнутой внешней цепи. Измеряется в вольтах.

Электрическое сопротивление - свойство проводников оказывать препятствие прохождению электрического тока. Это отношение напряжения на участке цепи к току, проходящему по этому участку. Сопротивление проводника зависит от его длины, площади поперечного сечения, химического состава вещества и температуры. R – сопротивление, единица измерения - «ОМ», контрольно-измерительный прибор – «омметр», условное обозначение сопротивления в схеме –

Сопротивление может быть вычислено по формуле: сопротивление «R» равно произведению величины удельного сопротивления данного вещества «РО» и частного от деления длины проводника «L», выраженной в метрах и площади поперечного сечения проводника «S», выраженного в квадратных миллиметрах.

Закон Ома.

Если обозначить через «U» – напряжение сети в вольтах, «I» - силу тока в амперах и «R» - сопротивление в оммах, то формула закона Ома будет выглядеть следующим образом:

I –

сила тока на участке цепи, А

U –

приложенное напряжение, В

R –

сопротивление участка цепи, Ом

«Сила тока для данной цепи прямо пропорциональна напряжению на концах данного участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка».

Проводники и изоляторы.

По способности проводить электрический ток все материалы подразделяются на «проводники» и «непроводники».

Непроводники называют «изоляторами» или «диэлектриками».

Проводники разделяют на: проводники 1 -го рода, 2 -го рода и полупроводники.

К проводникам 1-го рода относятся вещества, у атомов которых часть электронов слабо связаны с ядром. Под воздействием электрического поля электроны свободно перемещаются по всему объему данного вещества. Такая проводимость называется электронной проводимостью. К таким проводникам относятся металлы, уголь, графит и т.д.
К проводникам 2-го рода относятся водные растворы солей, кислот и щелочей. Такие растворы называются электролитами. У таких веществ под воздействием электрического поля перемещаются не электроны, а ионы. Такая проводимость называется ионной проводимостью.
Полупроводники – это вещества, у которых связи между ядром и электронами в атомах гораздо сильнее, чем у проводников, но слабее, чем у непроводников (изоляторов). Поэтому и обладают они как бы промежуточными свойствами между проводниками и изоляторами (например: проводят электрический ток только при определенных условиях, имеют одностороннюю проводимость и т.д.). К таким веществам относятся селен, кремний, германий и др.
Изоляторы - это вещества, которые не проводят электрический ток. К ним относятся фарфор, керамика, пластмассы, резина, сухое дерево, слюда, дистиллированная вода и др.

Электрическая цепь.

Электрической цепью называется замкнутый контур, по которому протекает электрический ток.

В простейшую электрическую цепь должны входить:

1. – источник тока;

2. – потребитель тока;

3. – выключатель;

4. – соединительные провода.

Источниками тока на вагоне являются – контактная сеть; аккумуляторная батарея; генератор; ТЗУ или БПН.

Потребителями тока на вагоне являются – электродвигатели; сопротивления; катушки контакторов, реле и электропневматических вентилей; лампочки; нагревательные приборы, электрические звонки, светосигнальная арматура и т.д.

Выключателями в электрических цепях являются все подвижные и неподвижные контакты кнопок, педалей безопасности и песочницы, кулачковых элементов реверсора, контроллера водителя, группового реостатного контроллера, автоматических выключателей, реле и контакторов.

Условные обозначения в электрической схеме:

	Токоприёмник	Катушка реле, контактора, вентиля или БРТ
или	Радиореакторы	Катушка реле времени
	Электрическое соединение поводов	Главные контакты контактора (замыкающие) с устройством дугогашения
	Пересечение проводов без их соединения	Главные контакты контактора (размыкающие) с устройством дугогашения
	Конденсатор	Контакт замыкающий (нормально разомкнутый)
	Аккумуляторная батарея	Контакт размыкающий (нормально замкнутый)
	Плавкий предохранитель	Контакт замыкающий с выдержкой времени при замыкании
	Резистор	Контакт замыкающий с выдержкой времени при размыкании
	Регулируемый резистор	Контакт размыкающий с выдержкой времени при замыкании
	Якорь электромашины постоянного тока	Контакт размыкающий с выдержкой времени при размыкании
	Обмотки последовательного возбуждения	Автоматический выключатель
	Обмотки параллельного возбуждения	Кнопка с самовозвратом с замыкающим контактам
	Разрядник	Кнопка с самовозвратом С размыкающим контактом
	Лампа освещения и сигнализации	Электрический звонок
	Соединение с корпусом аппарата	Штепсельная розетка
	Контакты регулятора давления	Микрофон
	Диод	Репродуктор

Последовательное и параллельное соединение потребителей.

Последовательным соединением приемников электрического тока, или, иными словами, потребителей электрического тока называется такое соединение, при котором концевая клемма первого потребителя соединяется с начальной клеммой второго потребителя и так далее.

Параллельным соединением потребителей называется такое соединение, при котором к одному полюсу источника напряжения подключены все входные клеммы потребителей, а ко второму полюсу – все выходные клеммы.

Последовательное соединение

Параллельное соединение

При последовательном соединении потребителей конец первого потребителя соединяются с началом второго и т. д. 1. При этом сила тока I во всех потребителях одинакова. I общ. = I ₁ = I ₂ = … 2. Напряжение всей цепи равно сумме напряжений на отдельных участках. U общ. = U ₁ + U ₂ + … 3. Общее сопротивление последовательного соединения равно сумме сопротивлений его отдельных участков. R общ. = R ₁ + R ₂ + … Вывод: 1. Дополнительный проводник, последовательно включенный в цепь, уменьшает в ней силу тока, т. к при последовательном соединении проводников общее сопротивление цепи увеличивается, а сила тока уменьшается – это свойство используется для уменьшения силы тока в цепи. 2. Так как все элементы цепи взаимосвязаны, то они либо все одновременно работают, либо не работают. 3. Для включения цепи необходим только один выключатель. 4. При возникновении неисправности в цепи, необходимо поочередно проверить все элементы, что затрудняет её поиск. 5. Для защиты эл. цепи необходим только один аппарат защиты. Последовательное соединение используется для одновременной работы аппаратов.

При параллельном соединении потребителей их начала, и концы имеют общую точку подключения к источнику тока. 1. При этом сила всей цепи равна сумме сил токов во всех параллельно включённых потребителей. I общ. = I ₁ + I ₂ + … 2. Напряжение на каждом из потребителей равно напряжению на всем соединении. U общ. = U ₁ = U ₂ = … 3. Величина, обратная общему сопротивлению параллельного соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям его отдельных участков. Вывод: 1. Общее сопротивление цепи уменьшается, т. к. с увеличением площади поперечного сечения проводников сопротивление уменьшается и становится меньше наименьшего, составляющего цепи при этом общий ток увеличивается. 2. Цепи независимы друг от друга, и для их включения можно по желанию использовать как общий выключатель, так и индивидуальный выключатель на каждую цепь. 3. Каждая цепь может иметь свой аппарат защиты. 4. При возникновении неисправности в параллельно соединённых цепях, их легко можно выделить. Параллельные соединения используются для независимой работы аппаратов.

Если в электрической схеме есть участки с последовательным и параллельным соединениями, то такое соединение принято считать «смешанным».