Закон Ома. Це головний закон електротехніки. Він зв'язує поняття "струм", "напруга" та "опір кола" між собою.
Закон Ома для ділянки кола:
(1.5)
де I, [A] - сила струму;
U, [B] - напруга на затискачах ділянки кола;
R [Ом] - опір ділянки кола.
Закон Ома для повного кола:
(1.6)
де E, [B] - ЕРС джерела;
U, [B] - напруга на затискачах джерела;
Uо, [B] - внутрішнє падіння напруги;
R, [Oм] - опір зовнішньої ділянки кола;
R0, [Ом] - опір внутрішньої ділянки кола.
Очевидно, що у розімкнутому колі U=E.
У замкнутому колі U<E.
Закон Джоуля-Ленца. Всі провідники при проходженні по них електричного струму нагріваються. У металах при прямуванні вільних електронів по провіднику вони зіштовхуються з іонами кристалів і передають їм свою енергію, тобто відбувається перетворення електричної енергії на теплову. Кількісне співвідношення, що характеризує це перетворення енергії, встановлює закон Джоуля-Ленца (відкритий у 1844 р. російським вченим, членом Петербурзької академії наук Є.Х. Ленцем і, незалежно від нього, англійським вченим Джоулем): кількість теплоти Q, що виділяється в провіднику при проходженні електричного струму, дорівнює добутку квадрата сили струму I, опору провідника R і часу проходження струму по провіднику t:
, [Дж]. (1.7)
Спочатку після вмикання кола різниця між температурами проводу і навколишнього середовища невелика. Тільки незначна частина тепла, що виділяється струмом, розсіюється в навколишнє середовище, а більша частина тепла залишається в проводі та йде на його нагрівання. Цим пояснюється швидке зростання температури проводу на початковій стадії нагрівання. За мірою збільшення температури проводу зростає різниця температур проводу і навколишнього середовища і збільшується кількість тепла, що віддається проводом. У зв'язку з цим зростання температури проводу усе більше сповільнюється. Нарешті, за деякої температури встановлюється теплова рівновага: за однаковий час кількість тепла, що виділяється в проводі, стає рівною тій, що розсіюється в зовнішнє середовище.
При подальшому проходженні струму, величина якого не змінюється, температура проводу залишається постійною. Час нагрівання до сталої температури неоднаковий для різних провідників: нитка лампи розжарювання нагрівається за частки секунди, електрична машина - за декілька годин.
Розігрівання ізольованих проводів не можна допускати вище за означену межу, тому що ізоляція при сильному перегріві може розплавитися і навіть зайнятися. Для ізольованих проводів встановлена гранична температура нагрівання, що визначається властивостями ізоляційних матеріалів і межею їх механічної тривкості.
Всі електроізоляційні матеріали розподілені на 9 температурних класів (ГОСТ 8865-93 (МЕК 85-84)) - таблиця 1.1.
Таблиця 1.1 - Температурні класи електроізоляційних матеріалів
|
клас |
Припустима температура нагрівання, 0С |
|
Y |
90 |
|
А |
105 |
|
Е |
120 |
|
В |
130 |
|
F |
155 |
|
H |
180 |
|
200 |
200 |
|
220 |
220 |
|
250 |
250 |
Припустима температура нагрівання провідників (температуру середовища взято 250С для проводів і кабелів і 350С для електричних машин):
- проводи і кабелі з гумовою або поліхлорвініловою ізоляцією - 650С;
- кабелі з паперовою непропитаною ізоляцією до 1000 В з мідними або алюмінієвими жилами - 800С;
- обмотки електричних машин з ізоляцією класу А - 1050С;
- голі шини, мідні та алюмінієві - 700С.
Закони Кірхгофа. 1-й закон Кірхгофа: алгебраїчна сума струмів у вузлі електричного кола, дорівнює нулю:
(1.8)
При цьому звичайно струми, спрямовані до вузла, вважаються позитивними, а від вузла - негативними.
2-й закон Кірхгофа: алгебраїчна сума ЕРС у замкнутому електричному контурі, дорівнює алгебраїчній сумі падінь напруг на ділянках цього контуру:
(1.9)
| « 1.1 Основні поняття електротехніки | 1.3 Використання законів Ома, Кірхгофа для розрахунку електричних кіл » |