Постоянный электрический ток

В источниках постоянного тока (батарейках, аккумуляторах), сила тока, напряжение, не меняют своего направления, ток во внешней цепи всегда течет от положительного потенциала к отрицательному. Электрическая цепь постоянного тока состоит из источника электрической энергии, приемника электрической энергии и соединительных проводов. Если замкнутая электрическая цепь состоит из батарейки и резистора, то батарейка – источник электрической энергии, резистор – приемник электрической энергии, для соединения этих элементов имеются соединительные провода.

Закон Ома.

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.
Формулы закона Ома: I=U/R, R=U/I, U=I*R
При увеличении напряжения увеличивается ток при одном и том же сопротивлении. Чем больше сопротивление, тем меньше ток при одном и том же напряжении.

Законы Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа.

В любом узле электрической цепи алгебраическая сумма токов равна нулю.

где m – число ветвей подключенных к узлу.

Второй закон Кирхгофа.

В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на всех его участках.

где n – число источников ЭДС в контуре;
m – число элементов с сопротивлением R_к в контуре;
U_к = R_кI_к – напряжение или падение напряжения на к-м элементе контура.

Соотношение токов и напряжений в трехфазных цепях.

При соединении звездой:
Iл = Iф, Uл = √3*Uф

При соединении треугольником:
Iл =√3* Iф, Uл = Uф

Электрическая мощность.

Энергию, потраченную нагрузкой, называют электрической мощностью, измеряется в ваттах.

S – полная мощность (кажущаяся), содержит активную и реактивную составляющие, потребляется от источника электроэнергии, измеряется в вольт-амперах (ВА), эта величина указывается на табличках приборов переменного тока.

S = IU = U²/R= √(P2+Q2)

P – активная мощность (эффективная), связана с той электрической энергией, которая может быть преобразована в другие виды энергии – тепловую, механическую и др., измеряется в ваттах (Вт), представляет собой полезную мощность, которую можно использовать для выполнения работы.

P = IUcosф – для однофазной цепи, P = √3IUcosф – для трехфазной цепи, P = U*I - в цепи, где есть только активное сопротивление.

Q – реактивная мощность, связана с обменом электрической энергией между источником и потребителем, измеряется в вольт-амперах реактивных (вар), когда среднее значение мощности за период равно нулю, активная мощность равна нулю, энергия накопленная магнитным полем индуктивности, возвращается назад к источнику, ток в цепи не совершает работы, реактивный ток бесполезно загружает источники энергии и провода линии передач. Источниками реактивной энергии могут являться элементы, обладающие индуктивностью - электродвигатели, трансформаторы. Для того, чтобы уменьшить реактивную мощность на зажимах потребителей подключают конденсаторы (последовательно или параллельно).

Q = IUsinф – для однофазной цепи, Q = √3IUsinф – для трехфазной цепи

Сдвиг по фазе между током и напряжением обозначается углом φ. Коэффициент мощности - величина, равная отношению активной мощности к полной, величина cosф равная углу сдвига фаз между напряжением и током, чем он выше, тем лучше. Надо стараться сделать нагрузку такой, чтобы cosф был близок к единице (на практике 0,85 – 0,9, дальнейшее повышение до 1 экономически не оправдывается).