Электричество дома и на даче. Как сделать просто и надежно - [8]
Последовательное соединение источников тока.
При последовательном соединении источников тока два соседних источника соединяются между собой противоположными полюсами.
Разность потенциалов между положительным полюсом последнего источника и отрицательным полюсом первого будет равна сумме разностей потенциалов между полюсами каждого источника. Из этого вытекает, что при последовательном соединении эдс батареи равна сумме эдс источников, включенных в батарею. Общее сопротивление батареи при последовательном включении источников равняется сумме внутренних сопротивлений отдельных элементов.
Пример расчета электрических цепей.
Основой расчета электрических цепей является определение силы токов в отдельных участках при заданном напряжении и заранее известном сопротивлении отдельных проводников. Бывают случаи, когда нужно вычислить сопротивления отдельных участков цепи по уже известным напряжениям, силе токов и сопротивлению других участков, а также определить нужное напряжение по заданным сопротивлениям и силе токов. Метод расчета электрических цепей всегда одинаков и основан на законе Ома.
Допустим, общее напряжение на концах цепи нам известно. Известны также сопротивления R1, R2… R6 подсоединенных к цепи резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6 (сопротивление амперметра в расчет не принимается). Следует вычислить силу токов I1, I2,… I6.
В первую очередь, нужно уточнить, сколько последовательных участков имеет данная цепь. Исходя из предложенной схемы, видим, что таких участков три, причем второй и третий содержат разветвления. Допустим, что сопротивления этих участков R1, R', R''. А значит, все сопротивление цепи можно выразить как сумму сопротивлений участков:
R = R1 + R' + R'',
где R’ — общее сопротивление параллельно соединенных резисторов R2, R3 и R4, a R'' — общее сопротивление параллельно соединенных резисторов R5 и R6. Применяя закон параллельного соединения, можно вычислить сопротивления R’ и R'':
1/R' = 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 и 1/R‘‘ = 1/R5 + 1/R6.
Для того чтобы определить силу тока в неразветвленной цепи с помощью закона Ома, нужно знать общее сопротивление цепи при заданном напряжении. Для этого следует воспользоваться формулой
I = U/R.
Из всего вышеизложенного можно вывести, что I = I1.
Но для определения силы тока в отдельных ветвях следует сначала вычислить напряжение на отдельных участках последовательных цепей. Опять же с помощью закона Ома можно записать:
U1 = IR1; U2 = IR'; U3 = IR''.
Теперь, зная напряжение на отдельных участках, можно определить силу тока в отдельных ветвях:
I2 = U2/R2;
I3 = U2/R3;
I4 = U2/R4;
I5 = U3/R5;
I6 = U3/R6.
Переменный ток
Как мы уже знаем, электрический ток бывает постоянным и переменным. Переменный ток получают при помощи генераторов переменного тока с использованием явлений электромагнитной индукции. В настоящее время почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде энергии переменного тока, на котором работает большинство потребителей электрической энергии. Это объясняется преимуществом производства и распределения этой энергии. Переменный ток получают на электростанциях, преобразуя с помощью генераторов механическую энергию в электрическую. Основное преимущество переменного тока по сравнению с постоянным заключается в возможности с минимальными потерями передавать электрическую энергию на большие расстояния и легко повышать или понижать напряжение с помощью трансформаторов. Кроме того, генераторы и двигатели переменного тока более просты по устройству, надежней в работе и проще в эксплуатации по сравнению с машинами постоянного тока. Особенностями переменного тока являются периодические изменения силы и направления тока. Эти свойства отличают его от постоянного тока. К примеру, при помощи переменного тока нельзя зарядить аккумулятор. Также нельзя применять его для других технических целей.
Простейшая установка для выработки переменного электрического тока.
Принцип действия установки прост. Проволочная рамка вращается в однородном магнитном поле с постоянной скоростью. Своими концами рамка закреплена на кольцах, вращающихся вместе с ней. К кольцам плотно прилегают пружины, выполняющие роль контактов. Через поверхность рамки непрерывно будет протекать изменяющийся магнитный поток, но поток, создаваемый электромагнитом, останется постоянным. В связи с этим в рамке возникнет эдс индукции.
Точкой отсчета будет положение а рамки, показанное на рисунке ниже. В этот момент плоскость рамки перпендикулярна к магнитным линиям, и магнитный поток будет иметь максимальное значение. Параллельно магнитным линиям рамка встанет через четверть периода.
Магнитный поток при этом станет равным нулю, потому что ни одна магнитная линия не проходит через поверхность рамки. Чтобы определить эдс индукции, нужно знать не величину потока, а скорость его изменения. В точке отсчета эдс индукции равна нулю, а в положении в — максимальному значению. Исходя из положений рамки, можно увидеть, что эдс индукции меняет и значение, и знак. Таким образом, она является переменной (см. график на рисунке ниже).
Изменение величины эдс индукции в зависимости от положения рамки в разные периоды времени.
