Elektromanyetik alan şunlardan oluşur: Elektrik alanı(E) ve manyetik alan (H) (Şekil 1.1).

Yüklü parçacıklar bir elektrik alanı oluşturur. Bir elektrik alanının etkisi altında, yükler hareket ederek bir elektrik akımı oluşturur. Elektrik bir manyetik alan oluşturur.

Elektrik alan gücü (E), her noktasındaki elektrik alanını karakterize eden bir vektör miktarıdır (Şekil 1.1).

İki nokta arasındaki elektrik gerilimi (sen) Bir birimin yer değiştirmesi üzerindeki alan kuvvetlerinin işine eşittir. pozitif yük alandaki bir noktadan diğerine. Voltaj volt olarak ölçülür.

Potansiyel ( ) elektrik alanının herhangi bir noktası ile toprak arasındaki, potansiyeli geleneksel olarak sıfır olarak kabul edilen voltajdır.Potansiyel olarak ölçülür. volt.

Elektrik alanının iki noktası arasındaki voltaj (örneğin, bir nokta ANCAK ve nokta AT incirde. 1.2) bu noktalar arasındaki potansiyel farka eşittir:

İHA = а - в

 Z = 0 – toprak potansiyeli

sen A'dan Z'ye = ANCAK -  Z =  ANCAK

sen VZ = AT -  Z =  AT

sen AB = ANCAK -  AT

1.2. elektrik kapasitansı. kapasitörler

kondansatör - bu, bir dielektrik, yani elektrik akımı iletmeyen bir malzeme ile ayrılmış iki iletkenden (plaka) oluşan bir sistemdir (Şekil 1.2). Kondansatör sembolü Şekil 1.3'te gösterilmiştir, a- sabit kapasitör b– değişken kapasite.

Pirinç. 1.2 Kapasitör 1.3 Sembol Şek. 1.4 Kağıt kondansatör

devrelerdeki kapasitörler

Kondansatörler, plakalarında eşit büyüklükte ve farklı işaretli elektrik yükleri Q biriktirme yeteneğine sahiptir:

Q = C sen 



nerede Q- Kondansatör plakalarının her birinin şarjı, CL;

sen - plakalar arasındaki gerginlik, AT;

İTİBAREN- kapasitör kapasitansı, F(Farad).

Kapasitör kapasitansı ( İTİBAREN) plakalarının şekline ve boyutuna bağlıdır ( S - pilav. 1.2), aralarındaki mesafeler ( d- pilav. 1.2) ve plakaları ayıran dielektrik özellikleri. Kondansatörler kağıt, mika, seramik vb.'dir. Kağıt kapasitörler (Şekil 1.4), mumlu kağıt şeritlerle yalıtılmış iki uzun alüminyum folyo şeritten oluşur.

1.3. kapasitörlerin bağlantısı

Seri bağlandığında kapasitörler birbiri ardına bağlanır (örneğin, Şekil 1.5 - C 1 ve C 2'de).

Seri bağlı kapasitörlerin (C) eşdeğer (toplam) kapasitansı, formülle belirlenir.

. İki kapasitör için

.

Pirinç. 1.5 Sıralı Şek. 1.6 Paralel 1.7 Karışık

kondansatörleri bağlama kapasitörleri bağlama kapasitörleri bağlama

Paralel bağlandığında tüm pozitif yüklü kapasitör plakaları devrede bir noktaya ve negatif yüklü plakalar başka bir noktaya bağlanır (Şekil 1.6). Kondansatörler paralel bağlandığında eşdeğer kapasitans aşağıdaki formülle belirlenir:

Elektrik yükünü taşıma işi

Bir elektrik yükünü düzgün bir elektrik alanında yoğunlukla hareket ettirirken yapılan işi hesaplayalım. Yük, alan gücü çizgisi boyunca belirli bir mesafede hareket ederse (Şekil 134), iş eşittir

A = F e(d1-d2) = qE(d1-d2), (39.1)

nerede d 1 ve d 2 - başlangıç ​​ve bitiş noktalarından plakaya olan mesafeler AT.
Mekanikte, bir yerçekimi alanında iki nokta arasında hareket ederken, yerçekimi işinin vücudun yörüngesine bağlı olmadığı gösterildi. Yerçekimi ve elektrostatik etkileşim kuvvetleri, mesafeye aynı bağımlılığa sahiptir, kuvvet vektörleri, etkileşen nokta gövdelerini bağlayan düz çizgi boyunca yönlendirilir. Bundan, bir elektrik alanında bir yük bir noktadan diğerine hareket ettiğinde, elektrik alan kuvvetlerinin işinin, hareketinin yörüngesine bağlı olmadığı sonucu çıkar.
Bu sonuç, en doğru deneylerle doğrulanır.
Hareketin yönü 180° değiştiğinde, elektrik alan kuvvetlerinin işi ve yerçekimi işi tam tersi işaret değiştirir. Eğer bir yükü taşırken q bir noktadan AT kesinlikle İTİBAREN elektrik alan kuvvetleri iş yapar ANCAK, sonra şarj hareket ettiğinde q itibaren aynı yol boyunca İTİBAREN kesinlikle AT işi yaparlar ANCAK. Ancak iş yörüngeye bağlı olmadığından, yörünge boyunca hareket ederken CKB iş de yapılır ANCAK. Buradan, yük noktadan ilk hareket ettiğinde AT kesinlikle İTİBAREN, ve sonra noktadan İTİBAREN kesinlikle AT, yani kapalı bir yörünge boyunca, elektrostatik alan kuvvetlerinin toplam işi sıfıra eşit olur (Şekil 135).

Herhangi bir kapalı yörünge boyunca bir elektrik yükünün hareketi sırasında elektrostatik alan kuvvetlerinin işi sıfıra eşittir.
Herhangi bir kapalı yörünge boyunca kuvvetlerin işi sıfıra eşit olan bir alana denir. potansiyel alan. yerçekimi ve elektrostatik alanlar potansiyel alanlardır.

Elektrik alanındaki potansiyel ve voltaj

Elektrik alanının her noktasının enerji özelliği için "potansiyel" kavramı tanıtılır. Potansiyel harf ile gösterilir φ.

Elektrik alanının her noktasındaki potansiyel, alan tarafından bir pozitif yük q birimini alanın dışındaki belirli bir noktadan hareket ettirmek için alan tarafından harcanan (veya harcanabilen) W enerjisi ile karakterize edilir. pozitif bir yük veya alanın dışından verilen nokta, alan bir negatif yük tarafından oluşturulmuşsa (Şekil 1.7a).

Yukarıdaki tanımdan, A noktasındaki potansiyelin şuna eşit olduğu sonucu çıkar. φ bir= WA/q; B noktasında W V / q, ve C noktasındaki potansiyel WC /q.

Potansiyel volt olarak ölçülür [ φ ] = = J/C = V.

Elektrik alanının her noktasındaki potansiyelin değeri, ifade ile belirlenir.

φA =(1.12)

Potansiyel skaler bir büyüklüktür. Elektrik alanı birkaç yük tarafından yaratılıyorsa, alanın her noktasındaki potansiyel, o noktada her bir yük tarafından oluşturulan potansiyellerin cebirsel toplamı tarafından belirlenir.

(Şekil 1. 7a) r A'dan beri< r В < r С, то из (1.12) следует, что φ А >φ B > φ C, eğer alan pozitif bir yük tarafından yaratılmışsa.

Elektrik alanının A noktasına (Şekil 1.7a) pozitif bir test yükü yerleştirilirse, alan kuvvetlerinin etkisi altında A noktasından B noktasına ve ardından C noktasına hareket edecektir, yani. alan yönünde. Böylece, pozitif bir test yükü, daha yüksek potansiyelli bir noktadan daha düşük potansiyelli bir noktaya hareket eder. ile noktalar arasında eşit potansiyellerşarj hareket etmeyecek. Bu nedenle, elektrik alanının iki noktası arasında bir yükü hareket ettirmek için bu noktalarda potansiyel bir fark olmalıdır..

Elektrik alanının iki noktası arasındaki potansiyel fark, bu noktalar arasındaki voltajı karakterize eder.

U AB \u003d φ A - φ B; U BC \u003d φ B - φ C; U AC \u003d φ A - φ C

Elektrik alanının iki noktası arasındaki voltaj, bu noktalar arasında bir birim pozitif yükü hareket ettirmek için harcanan enerji ile karakterize edilir, yani. U AB \u003d WAB / q

Voltaj volt (V) cinsinden ölçülür.

Düzgün bir elektrik alanında voltaj ve yoğunluk arasında bir ilişki vardır (Şekil 1.8)

U AB \u003d φ A - φ B \u003d W AB / q = Fl/q = El,

nereden takip ediyor

E \u003d U AB / ben . (1.13)

Bu formülden, düzgün bir elektrik alanının gücünün, alanın iki noktası arasındaki voltajın bu noktalar arasındaki mesafeye oranıyla belirlendiği görülebilir.

Elektrik alan şiddeti birimi V/m'dir (metre başına volt).

Elektrik alanın noktalarındaki potansiyeller farklı değerlere sahiptir. Bununla birlikte, bir elektrik alanında, aynı potansiyele sahip birkaç nokta ayırt edilebilir. Bu noktalardan geçen yüzeye eş potansiyel veya eş potansiyel denir. Böyle bir yüzeye bir örnek, silindirik bir kapasitörün (Şek. 1.7b) ve düz bir kapasitörün (Şek. 1.9) astarıdır. Her plakanın tüm alanı üzerinde aynı potansiyele sahiptirler ve eş potansiyel yüzeylerdir.

3. Elektrik taşıyıcıların yönlü hareketi olgusudur elektrik ücretleri ve (veya) elektrik alanının zaman içinde değişmesi olgusu, eşlik eden manyetik alan. Metal iletkenlerde ve vakumda (belirli koşullar altında), akım bir elektron akışından ve sıvılarda ve gazlarda - iyon ve elektron akışından oluşur.

Elektriği iyi ileten cisimlere iletken denir.

İletkenler.Çok sık olarak, elektronlar (özellikle bir atomun çekirdeğine zayıf bir şekilde bağlı olanlar) yörüngelerini terk edebilirler, atomlar arası boşluğa gidebilirler. Bu tür elektronlara serbest denir. Atomlar arası uzayda her zaman serbest elektronların bulunduğu maddeler birinci tür iletkenlerdir. ve iletkendeki akım serbest elektronlar tarafından oluşturulur. Tüm metaller dahildir. Pratikte bunlar teller, kablo damarları, röle kontakları, elektrik filamanlarıdır. lambalar, vb.

Asitlerin, tuzların ve alkalilerin (elektrolitler) çözeltileri ikinci tür iletkenlerdir. Elektrolitte sürekli olarak pozitif ve negatif iyonlar oluşur. Elektrolitteki elektrik akımı serbest elektronlar tarafından değil iyonlar tarafından oluşturulur.

4. Elektrik hareket gücü(EMF) - skaler fiziksel miktar sabit veya sabit kaynaklarda dış (potansiyel olmayan) kuvvetlerin çalışmasını karakterize etmek alternatif akım. Kapalı bir iletken devrede, EMF, devre boyunca tek bir pozitif yükü hareket ettirirken bu kuvvetlerin işine eşittir.

EMF, dış kuvvetlerin () elektrik alan şiddeti cinsinden ifade edilebilir. Kapalı bir döngüde () o zaman EMF şuna eşit olacaktır:

Kontur uzunluğunun elemanı nerede.

EMF, voltaj gibi, volt olarak ölçülür. hakkında konuşabilirsin elektrik hareket gücü zincirin herhangi bir yerinde. Bu, tüm devrede değil, sadece bu bölümde dış kuvvetlerin özel işidir. Galvanik bir hücrenin EMF'si, hücre içindeki tek bir pozitif yükü bir kutuptan diğerine hareket ettirirken dış kuvvetlerin işidir. Dış kuvvetlerin işi potansiyel fark cinsinden ifade edilemez, çünkü dış kuvvetler potansiyel değildir ve çalışmaları yörüngenin şekline bağlıdır. Bu nedenle, örneğin, kaynağın dışındaki mevcut terminaller arasında bir yükü hareket ettirirken dış kuvvetlerin işi sıfıra eşittir.

Volt-amper özellikleri(VAC) - iki terminalli bir ağ üzerinden akımın bu iki terminalli ağdaki gerilime bağımlılığının bir grafiği. Volt-amper karakteristiği, doğru akımda iki terminalli bir ağın davranışını tanımlar. En sık düşünülen VAC doğrusal olmayan elemanlar(doğrusal olmama derecesi, doğrusal olmama katsayısı tarafından belirlenir), çünkü doğrusal elemanlar için I-V karakteristiği düz bir çizgidir ve özellikle ilgi çekici değildir.

Önemli ölçüde doğrusal olmayan bir CVC'ye sahip tipik eleman örnekleri: diyot, tristör, zener diyot.

Üç kutuplu elemanlar için (bir transistör, tristör veya tüp triyot gibi), genellikle üçüncü çıkışında bir şekilde veya başka bir şekilde verilen parametrelerle iki terminalli bir devre için akım-voltaj özellikleri olan eğri aileleri oluşturulur. öğe.

Gerçek bir devrede, özellikle belirli bir cihaz için nispeten yüksek frekanslarda (çalışma frekansı aralığının sınırlarına yakın) çalışan bir devrede, voltajın zamana gerçek bağımlılığının, devreden çok uzak yörüngeler boyunca ilerleyebileceğine dikkat edilmelidir. "ideal" CVC. Çoğu zaman bu, elemanın kapasitansı veya diğer atalet özelliklerinden kaynaklanır.

5. İş elektrik akımı, bir iletken boyunca yükleri hareket ettirirken bir elektrik alanının ne kadar iş yaptığını gösterir.

Bir elektrik akımının işi, akım ve gerilimin çarpımına eşittir.
ve devredeki akım akışının süresi için.

SI sistemindeki elektrik akımı işi için ölçü birimi:
[A] = 1J = 1A. b. c

Elektrik akımının gücü, akımın birim zaman başına yaptığı işi gösterir.
ve yapılan işin bu işin yapıldığı zamana oranına eşittir.

(mekanikteki güç genellikle harfle gösterilir N, elektrik mühendisliğinde - mektupla R)
çünkü A = IUt, o zaman elektrik akımının gücü şuna eşittir:

SI sistemindeki elektrik akımı gücü birimi:

[P] = 1 W (watt) = 1 A. B

6. En basit elektrik devresi (Şekil 12) bir kaynak içerir elektrik enerjisi G, enerji alıcısı P ve iki hat teli 1 ve L2 kaynağı enerji alıcısına bağlamak. Hat kabloları, pozitif (+) ve negatif (-) kutuplar olarak adlandırılan iki kelepçe ile bir elektrik güç kaynağına bağlanır.

Elektrik enerjisinin kaynağı mekanik, kimyasal, termal veya diğer enerji türlerini elektrik enerjisine dönüştürür. Alıcı, elektrik enerjisini başka bir enerji türüne dönüştürür - mekanik, termal, kimyasal, ışık vb.

Elektrik enerjisi kaynakları jeneratörler (herhangi bir mekanik motor tarafından çalıştırılan elektrikli makineler), piller ve sembolü Şek. 3'te gösterilen galvanik hücrelerdir. 13. Elektrik enerjisi alıcısı olarak aydınlatma lambaları, elektrik motorları, elektrikli ısıtıcılar vb.

Hem galvanik hücreler hem de akümülatörler, ilk durumda bir galvanik hücre pili ve ikinci durumda bir akümülatör pili oluşturmak üzere birbirine bağlanır. Kendisine bağlı lineer teller ile bir elektrik enerjisi kaynağı ve bir enerji alıcısı kapalı bir devre oluşturur. elektrik devresi içinden elektrik akımı adı verilen sürekli bir elektrik hareketinin olduğu.

DC metalik iletkenlerde sabit bir durumdur ileri hareket Kapalı bir devrede serbest elektronlar.

Birbirinden belirli bir uzaklıkta bulunan iki iletkenden geçen akımın gücü, mekanik kuvvetler bu iletkenler üzerinde hareket eder. Akımın birimi amperdir ( a). AT uluslararası sistem birimler (SI) amper- sonsuz uzunlukta ve ihmal edilebilir iki paralel doğrusal iletkenden geçen değişmeyen bir akımın gücü yuvarlak bölüm 1 uzaklıkta bulunan m bir vakumda diğerinden, bu iletkenler arasında 2 10 -7 Newton'a eşit bir kuvvete neden olur ( n) uzunluk metre başına.

Uluslararası Birimler Sisteminde kuvvet birimi Newton'dur (n); n= ,

nerede kilogram – kilogram kütle,

m - metre,

saniye - ikinci.

Elektrik birim zamanda iletkenin kesitinden geçen elektrik miktarını belirler. Bir iletkenden 1 A akım geçerse, bu iletkenin kesitinden 1 saniye boyunca 1 k elektrik akar.

İletkende bir akım ile ben sırasında t bu iletkenin enine kesiti boyunca eşit miktarda elektrik akar

Bu bağımlılık, süre boyunca durum için geçerlidir. t mevcut güç değişmeden kalır.

Hat kabloları ve enerji alıcısı, akımın enerji kaynağının terminallerinde potansiyel bir farkın etkisi altında aktığı ve daha yüksek potansiyelli bir noktadan (pozitif terminal) daha düşük potansiyelli bir noktaya (negatif) yönlendirildiği harici bir devre oluşturur. terminal)

Bir devre bölümü için Ohm yasası ve aşağıdaki biçimde yazılır:

Bu ifade aşağıdaki gibidir: Akım, voltajla doğru orantılı ve dirençle ters orantılıdır.

Sen bilmelisin ki:

I, devre bölümünden geçen akımın büyüklüğüdür;

U, devre bölümüne uygulanan voltajın değeridir;

R, söz konusu devre bölümünün direnç değeridir.

Bir devre bölümü için Ohm yasasını kullanarak, devre bölümüne uygulanan gerilimi (Şekil 1) veya devrenin giriş terminallerindeki gerilimi (Şekil 2) hesaplayabilirsiniz.

Şekil 2. Devre terminallerinde gerilim hesabını açıklayan seri devre.

Bu durumda formül (1) aşağıdaki formu alacaktır:

U = I*R

Ancak aynı zamanda devre bölümünün akımını ve direncini bilmek gerekir.

Ohm yasasının bir devre bölümü için bilinen akım ve voltaj değerlerinden bir devre bölümünün direncini hesaplamanıza izin veren üçüncü versiyonu aşağıdaki forma sahiptir:

7. İletkenler seri bağlandığında tüm iletkenlerdeki akım şiddeti aynıdır. Seri bağlandığında, tüm elemanlar birbirine bağlanır, böylece devrenin onları içeren bölümünde tek bir düğüm olmaz.

Elektrik yüklü bir cismin etrafındaki boşlukta elektriksel bir cisim vardır.

madde türlerinden biri olan alan. Elektrik alanı, alandaki yüklü cisimlere etki eden kuvvetler şeklinde kendini gösteren bir enerjiye sahiptir.

E

Elektrik alanı, geleneksel olarak, pozitif yüklü bir parçacığın alanda hareket edeceği yönde yönlendirilen kuvvet çizgileri olarak tasvir edilir.

H alan kuvveti. Elektrik alanı, içine giren yüke etki eder. q (Şek. 4) biraz güçle F . Bu nedenle, elektrik alanının yoğunluğu, belirli bir elektrik yükünün çekildiği veya itildiği kuvvetin değeri ile değerlendirilebilir. Elektrik mühendisliğinde alan yoğunluğu şu şekilde karakterize edilir: elektrik alan şiddeti E, kuvvet oranı olarak anlaşılır F , alanın belirli bir noktasında yüklü bir cisim üzerinde hareket ederek, şarja q bu vücut:

E = F / q

Yüklü cisimden uzaklaştıkça, elektrik alan çizgileri daha az sıklıkta olur, yani alan şiddeti. E azalır (Şekil 3, a, b ve c). Sadece düzgün bir elektrik alanında (Şekil 3d) yoğunluk tüm noktalarında aynıdır.

elektrik potansiyeli. Elektrik alanı belirli bir miktarda enerjiye, yani içine herhangi bir yük getirildiğinde gerçekleştirilebilecek işi yapma yeteneğine sahiptir. Bu yük yönünde hareket edecek kuvvet hatları Biraz iş yapmak. Elektrik alanının her noktasında depolanan enerjiyi karakterize etmek için özel bir konsept tanıtıldı - elektrik potansiyeli. elektrik potansiyeli φ belirli bir noktada alanlar eşittir iş, bu alanın kuvvetleri, bu noktadan bir pozitif yük birimini alanın dışında hareket ettirirken yapabilir.

Sıfır potansiyeli geleneksel olarak dünya yüzeyinin sahip olduğu potansiyel olarak alınır.

E

elektrik gerilimi. Elektrik alanının farklı noktaları farklı potansiyellere sahiptir. Genellikle, elektrik alanının bireysel noktalarının potansiyellerinin mutlak değeriyle çok az ilgileniyoruz, potansiyel farkını bilmek daha önemlidir. φ 1 -φ 2 alanın iki noktası arasında ANCAK ve B (Şek. 5). Potansiyel fark φ 1 ve φ 2 alanın iki noktası, yükü alanın büyük bir potansiyele sahip bir noktasından diğerine taşımak için alan kuvvetleri tarafından harcanan işi karakterize eder - daha düşük potansiyele sahip bir nokta ve denir elektrik

Gerilim. Elektrik voltajı harf ile gösterilir sen .

Elektrik voltajının birimi Volt (V).

3. Maddenin elektrik akımı ve elektriksel iletkenliği.

Bir elektrik alanına yerleştirilen bir maddede, temel elektrik taşıyıcılarının yönlendirilmiş bir hareketi süreci meydana gelir. Yüklü parçacıklar elektronlar veya iyonlardır. Elektrik yüklü bu parçacıkların hareketine denir. elektrik akımı.

Akım gücü birimi Amper (A). Bu, iletkenin enine kesitinden her saniye bir miktar elektriğin geçtiği bir akımdır. 1 cl. Formüllerde akım, harfle gösterilir. ben .

Elektrik mühendisliğinde hem doğru hem de alternatif akım yaygın olarak kullanılmaktadır. Değeri ve yönü herhangi bir zamanda değişmeden kalan sabit bir akım denir (Şekil 6, a). Değeri ve yönü sabit kalmayan akımlara değişen veya değişkenler denir.

Bir maddenin elektrik alan etkisi altında elektrik akımını iletme özelliğine denir. elektiriksel iletkenlik. Çeşitli maddelerin elektriksel iletkenliği, elektrik yüklü serbest parçacıkların konsantrasyonuna bağlıdır. Ne kadar çok olursa, belirli bir maddenin elektriksel iletkenliği o kadar büyük olur. Elektrik iletkenliğine bağlı olarak tüm maddeler üç gruba ayrılır: iletkenler, dielektrikler (yalıtkan malzemeler) ve yarı iletkenler.

Metallerin yüksek elektriksel iletkenliği, metal atomlarının, son elektron yörüngesindeki elektronların atom çekirdeğine nispeten zayıf bir şekilde bağlı olduğu bir yapıya sahip olduğu, atom yapısının elektronik teorisi ile açıklanır. Bu nedenle atomlar arasında serbestçe hareket eder, birinden diğerine hareket eder ve aralarındaki boşluğu doldururlar. Bu elektronlara denir Bedava .

Bir metal iletkeni bir elektrik alanına sokarsanız, alan kuvvetlerinin etkisi altındaki serbest elektronlar pozitif kutba doğru hareket etmeye başlayacak ve bir elektrik akımı yaratacaktır. Böylece, metal iletkenlerdeki elektrik akımına sıralı denir (yönlü)serbest elektronların hareketi.