Электрическое сопротивление проводника определяется по формуле
,
где l – длина; S – поперечное сечение; r – удельное сопротивление.
Мощность P в электрической цепи характеризует интенсивность преобразования энергии из одного вида в другой в единицу времени. Единица измерения мощности – Ватт (Вт).
Для цепи постоянного тока мощность источника
Pист = E I,
мощность приемника Рпр = U I = R I2 = 
.
ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
Электрическое и магнитное поля связаны между собой и характеризуют единое электромагнитное поле. Электрическое поле является видом материи и неразрывно связано с заряженной частицей вещества. Наличие электрического поля вокруг заряженных частиц вещества объясняет их взаимодействие (разноимённые заряженные частицы притягиваются друг к другу, одноимённые − отталкиваются). Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим.
Ток в проводнике возбуждает в окружающей проводник среде и самом проводнике магнитное поле (рис. 1.1). Направление линий магнитного потока и направление тока связаны между собой правилом правоходового винта (правилом буравчика). При протекании тока по виткам катушки магнитное поле концентрируется внутри катушки (рис. 1.2).
Магнитная индукция В (единица измерения – Тесла (Тл)) определяет интенсивность и направление магнитного поля в каждой его точке.
Магнитный поток Ф (единица измерения – Вебер (Вб)) – это скалярная величина, равная потоку вектора магнитной индукции через поверхность.
Рис. 1.1. Магнитное поле проводника Рис. 1.2. Магнитное поле катушки
с током
Закон электромагнитной индукции устанавливает связь между электрическими и магнитными явлениями, был открыт в 1831 году М.Фарадеем, в 1873 году закон был обобщен и развит Д.Максвеллом: если магнитный поток Ф, проходящий сквозь поверхность, ограниченную некоторым контуром, изменяется во времени t, в контуре индуцируется ЭДС, равная скорости изменения потока 
.
Направление (знак) наведённой ЭДС зависит от знака приращения магнитного потока. Если поток сквозь контур возрастает, т.е. 
, то знак ЭДС будет отрицательным, если поток убывает, т. е. 
, то знак ЭДС будет положительным.
Ток, возникающий в контуре под действием наведённой ЭДС, всегда направлен таким образом, что противодействует изменению магнитного потока сквозь контур (закон Ленца).
Используя закон электромагнитной индукции ( ) следует учитывать то, что изменение потока Ф во времени может происходить как при перемещении контура (обмотки) в постоянном магнитном поле (например, в электрических генераторах), так и при неподвижном контуре (например, во вторичной обмотке трансформатора) вследствие изменения тока в первичной обмотке трансформатора.
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ВЕЩЕСТВА
Атомы и молекулы окружающих нас веществ электрически нейтральны, так как положительный заряд ядра равен суммарному отрицательному заряду электронов, окружающих ядро. При некоторых условиях, например, при увеличении температуры, атом или молекула теряют электрон. Такой атом превращается в положительный ион. Оторвавшийся электрон может присоединиться к другому атому, в результате чего образуется отрицательный ион, или остаться свободным. Процесс образования ионов называют ионизацией.
В веществе, помещенном в электрическое поле, под действием сил поля возникает процесс движения свободных электронов или ионов в направлении сил поля, получивший название электрического тока. Свойство вещества проводить электрический ток под действием электрического поля называется электропроводностью вещества. Электропроводность вещества зависит от концентрации свободных электрически заряженных частиц. Все вещества в зависимости от электропроводности делятся на проводники, диэлектрики (электроизоляционные материалы) и полупроводники.
Проводники обладают высокой электропроводностью и делятся на два класса. К проводникам первого класса, в которых возможно перемещение только электронов, относятся металлы (медь, алюминий) и их сплавы (нихром и др.). В металлах электроны, расположенные на внешних орбитах, сравнительно слабо связаны с ядрами атомов, отчего часть электронов перемещается между атомами, переходя из сферы действия одного ядра в сферу действия другого, заполняя пространство между ними. Эти свободные электроны принято называть электронами проводимости.
В проводниках второго класса (водные растворы кислот, солей и пр.) под действием растворителя молекулы вещества распадаются на отрицательные и положительные ионы, которые подобно электронам в металлах могут перемещаться по всему объему проводника.
Сверхпроводимость – это свойство многих проводников, состоящее в том, что их электрическое сопротивление уменьшается практически до нуля при охлаждении ниже определённой критической температуры и потери энергии резко уменьшаются.
Диэлектрики (изоляторы) – вещества с малой электропроводностью; к ним относятся газы, часть жидкостей (минеральные масла, лаки) и почти все твердые материалы, за исключением металлов и угля: эбонит, резина, сухое дерево, керамические материалы, пластмассы, картон, пряжа и др.
Однако при некоторых условиях в диэлектриках происходит расщепление молекул на ионы (например, под действием высокой температуры или в сильном электрическом поле); в этом случае диэлектрики теряют свои изолирующие свойства и становятся проводниками.
Диэлектрические потери это электрическая мощность, затрачиваемая на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле. Тангенс угла диэлектрических потерь tgδ это характеристика способности диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле.
Диэлектрические потери увеличиваются с возрастанием напряжённости и частоты поля, а также при увлажнении и загрязнении диэлектрического материала.
В качестве конструкционных диэлектрических материалов применяются текстолит и гетинакс. Текстолит – это слоистый пластик на основе ткани из волокон и связующего вещества (эпоксидной смолы). Гетинакс – это слоистый прессованный материал на основе бумаги и эпоксидной смолы.
Полупроводники по электропроводности занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Простые полупроводниковые вещества: германий, кремний, селен, сложные полупроводниковые материалы: арсенид галлия, фосфид галлия и др. В чистых полупроводниках концентрация носителей заряда – свободных электронов и дырок мала и эти материалы не проводят электрический ток.
Если в полупроводниковый материал ввести примесь (донорную или акцепторную), то полупроводник становится обладателем или электронной (n) проводимости (избыток электронов), или дырочной (р) проводимости (избыток положительных зарядов – дырок). Если соединить два полупроводника с различными видами проводимости p и n, получим полупроводниковый прибор (диод), который используется для выпрямления переменного тока.
2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Электрическая цепь состоит из источников и приемников электрической энергии. В источниках электрической энергии различные виды энергии преобразуются в электромагнитную или в электрическую. Например, в гальванических элементах химическая энергия преобразуются в электрическую, в электрических генераторах механическая энергия преобразуется в электромагнитную. Электрические цепи бывают постоянного или переменного (однофазного или трехфазного) тока.
В приемниках электрической энергии происходит обратное преобразование. Например, электромагнитная энергия преобразуется в электродвигателе в механическую энергию, в нагревательном элементе – в тепловую энергию.
Электрическая цепь кроме источников и приёмников может содержать вспомогательные элементы, например, плавкие предохранители, выключатели, штепсельные разъемы и др.
Электрические цепи принято изображать в виде различного рода схем, которые бывают трех видов: монтажные, принципиальные, схемы замещения.
Принципиальными схемами пользуются при изучении, монтаже и ремонте электрических цепей и устройств. Элементы принципиальных схем имеют условные обозначения. Ниже приведены примеры обозначений некоторых элементов.
- резистор,
- выключатель,
- плавкий предохранитель,
- штепсельный разъем,
- измерительные приборы (амперметр и ваттметр),
- полупроводниковый - тиристор,
диод,
 |
- биполярный транзистор p-n-p типа.
Монтажными схемами пользуются при изготовлении, монтаже и ремонте электротехнических устройств.
Схема замещения – это расчетная модель электрической цепи. На ней реальные элементы замещаются идеализированными. Из схемы исключаются все вспомогательные элементы, не влияющие на результаты расчета, например, предохранители, выключатели и др.
Электрические цепи бывают простые и сложные (цепи с разветвлениями).
Участки электрической цепи делятся на активные, содержащие источник электрической энергии, и пассивные, не содержащие источника энергии.
Ветвь – это участок цепи, элементы которого соединены последовательно. Узел электрической цепи – это место соединения трех и более ветвей. Контур – это любой путь вдоль ветвей электрической цепи, начинающийся и заканчивающийся в одной и той же точке.