Расчет разветвленной электрической цепи постоянного тока

Министерство науки и образования Республики Казахстан

Технико-экономическая академия кино и телевидения

 

Кафедра инженерных дисциплин КУРСОВАЯ РАБОТА по предмету «Теория электрических цепей»

на тему «Расчет разветвленной электрической цепи

постоянного тока»

  Специальность: 380440 “Программное и аппаратное обеспеспечение вычисли- тельной техники и сетей”

 

Студент: Бучинский Ю.А. Группа: ПАОС-03-2у с Руководитель: Шабанова А.Р. Защищена с оценкой   Алматы

2003

Содержание.

Введение.  3

1 Теоритическая часть. 4

1.1. Электрический ток. Сила тока. Условия существования тока в цепи. 4

1.2. Электродвижущая сила (ЭДС). Напряжение. 6

1.3. Закон Ома для участка цепи. Омическое сопротивление проводника.

Удельное сопротивление.  7

1.4. Зависимость удельного сопротивления от температуры. 8

Сверхпроводимость.

1.5. Последовательное и параллельное соединение проводников.  10

1.6. Закон Ома для полной цепи.  13

1.7. Источники тока, их соединения. 15

1.8. Измерение тока и разности потенциалов цепи. 18

1.9. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. 20

1.10. Электрический ток в металлах. 22

1.11. Электрический ток в электролитах. Закон электролиза (закон Фарадея). 23

2 Расчётная часть. 27

2.1Задание на курсовую работу 27

2.2.Составление уравнений по двум законам Кирхгофа. 28

2.3.Определение всех токов и напряжений методом контурных токов. 29

2.4.Метод узловых потенциалов.  31

2.5.Энергетический баланс мощностей. 33

2.6 Построение потенциальных диаграмм для двух замкнутых контуров. 34

Заключение. 36

Список литературы. 37

Введение.

В процессе выполнения курсовой работы мы попытаемся про анализировать схему разветвленной электрической цепи постоянного тока. В полном объёме изучим её работу. А также будем рассматривать, различные методы определения токов, напряжений и узловых потенциалов. Проверим на практике различные законы Ома, законы Кирхгофа, баланса мощностей. Наглядно графическим методом покажем зависимость напряжения от сопротивления путем построения потенциальных диаграмм, для замкнутых контуров.

1 Теоритическая часть.

 

1.1. Электрический ток. Сила тока. Условия существования тока в цепи.

Электрическим током называется упорядоченное (направ­ленное) движение заряженных частиц.

Электрический ток возникает при упорядоченном движении свободных электронов, а металлах и полупроводниках или поло­жительных и отрицательных ионов в электролитах. В газах упорядоченно движутся ионы и электроны. За направление тока при­нимают то направление, в котором упорядоченно движутся положительно заряженные частицы. В металлах направление тока противоположно направлению движения свободных элек­тронов (отрицательно заряженных частиц).

О наличии электрического тока в проводнике можно судить по явлениям, сопровождающим ток, т.е. по его действиям:

1) тепловому — проводник с током нагревается. Например, работа электронагревательных приборов основана на этом действии тока. Но есть вещества, у которых данный эффект отсутству­ет — сверхпроводники;

2) химическому — изменение химического состава проводника и разделение его на составные части. Это действие наблюдается в электролитах и газах. Например, из раствора медного купо­роса можно выделить чистую медь. Само явление разложения вещества током называется электролизом;

3) магнитному — вокруг любого проводника с током существует магнитное поле, действующее с некоторой силой на соседние токи или намагниченные тела. Например, вблизи проводника с током магнитная стрелка ориентируется определенным образом.

Магнитное действие тока проявляется всюду, независимо от свойств проводника, и поэтому оно является основным действием электрического тока. Количественной характеристикой электри­ческого тока является сила тока I, которая определяется количеством электричества q, протекающего через поперечное сечение проводника за 1 с.

I=q/D t

Сила тока равна отношению заряда Dq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Dt, к этому интервалу времени. Электрический ток, сила и направление ко­торого не меняется с течением времени, называется постоянным током. В СИ заряды (количество электричества) измеряются в кулонах, а время в секундах, единицей силы тока является ампер (А).

Название единицы силы тока дано в честь французского фи­зика Андре Ампера (1775-1836). Единица тока определяется на основе магнитного взаимодействия токов.

Распределение тока по сечению проводника характеризуется вектором плотности тока i, модуль которого равен:

^i=I/s

Плотность тока определяет ток, приходящийся на единицу площади поперечного сечения проводника. Направление вектора плотности тока совпадает с направлением тока.

Сила тока может быть как положительной, так и отрицатель­ной. Если направление тока совпадает с положительным направ­лением вдоль проводника, то I > 0. Если ток направлен в противо­положную сторону, то I< 0.

Сила тока в металлическом проводнике зависит от заряда, переносимого каждой частицей, концентрации частиц, скорости их направленного движения и площади поперечного сечения про­водника:

I=q0*n* v*s

Рассмотрим участок проводни­ка длиной ДL и площадью попере­чного сечения S. Положительное направление в проводнике cсовпада­ет с направлением движения частиц и средней скоростью частиц v, за­ключенных в объеме, ограниченном сечениями 1 и 2.

В данном объеме

V=Dl*S

Содержится общее число частиц

Рис.1

 N=n*v=n*Dl*S,

где п =N/V — концентрация частиц (число частиц в единице

объема). Общий заряд всех частиц:

q=q0*V=q0*n*Dl*S где q0 — заряд каждой частицы. За промежуток времени

Dt=Dl/v

все частицы данного объема пройдут через сечение 2. Сила тока в

проводнике:

I=q/Dt=q0*n*Dl*S/Dt=q0*n*Dl*S/Dl/v=q0*n*v*S

 

Можно выразить скорость упорядоченного движения элек­тронов в проводнике, учитывая, что заряд электрона e=q0:

V=|I|/e*n*S

Обычно эта скорость мала. Под скоростью электрического тока понимают скорость распространения вдоль проводника электрического поля, под действием которого электроны (или другие носители тока) приходят в упорядоченное движение.

Для возникновения и существования тока в веществе необходи­мо наличие свободных носителей заряда и электрического поля, действующего на заряды с некоторой силой, под действием которой заряженные частицы приходят в упорядоченное движение.