Электрические магнитные явления были известны еще в глубокой древности, но началом развития науки об этих явлениях (электротехника) принято считать 1600 год. В этом году английский физик У. Гильберт опубликовал результаты некоторых исследований электрических и магнитных явлений, ввел термин «электричество». Теорию атмосферного электричества (область статического электричества) в 1753 году опубликовал М.В. Ломоносов. В 1785 году Ш. Кулон установил закон взаимодействия электрических зарядов, в 1800 году А. Вольта изобрел гальванический элемент. Далее количество открытий новых законов, теорий, изобретений стало быстро возрастать. Всемирную известность получили такие ученые как В.В Петров, Х.Эрстед, А.Ампер, М. Фарадей, Э.Х. Ленц, Б.С. Якоби, Д. Максвелл, А.Г. Столетов, В.Н. Чикалев, П.Н. Яблочков, М.О. Доливо-Добровольский и многие другие. В настоящее время в области электротехники работают целые институты и научно-производственные объединения. Создана международная электротехническая комиссия, задачей которой является определение стандартов на получение, и использование электрической энергии в различных отраслях. Радиотехника и электроника и другие отрасли науки получили свое начало в науке «электротехника».

Определения понятия «Наука электротехника»:

Электротехника – это наука, которая занимается использованием свойств электромагнитного поля для получения, передачи и преобразования электрической энергии.

Электротехника как наука изучает свойства получения, передачи и преобразования электрической энергии.

Электротехника – это наука о процессах, связанных с практическим применением электрических и магнитных явлений

Электротехника как наука является областью знаний, в которой рассматриваются электрические и магнитные явления и их практическое использование

Электротехника как наука является базовой дисциплиной для изучения специальных дисциплин, таких как радиотехника, радиоцепи и сигналы, источники вторичного электропитания и другие.

Энергия – это количественная мера движения и взаимодействия всех форм материи .

Для любого вида энергии можно назвать материальный объект, который является ее носителем. Носителем электрической энергии является электромагнитное поле.

Электрическая энергия нашла широкое применение благодаря своим свойствам:

универсальность, т.е легко преобразуется в другие неэлектрические виды энергии и обратно;

передается на большие расстояния с небольшими потерями;

легко дробится и распределяется по потребителям различной мощности

легко регулируется и контролируется с помощью различных приборов.

Применяется электрическая энергия во всех без исключения отраслях промышленности и сельского хозяйства, в науке, в медицине, в отраслях услуг и сервиса, ну и конечно, в быту.

Радиотехника как наука решает задачи применения электромагнитного поля и электрической энергии для передачи информации без проводов.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Тема1.1

Начальные сведения об электрическом поле, проводники, полупроводники,

Электричество применяется во многих областях, оно окружает нас практически повсюду. Электроэнергия позволяет получать безопасное освещение дома и на работе, кипятить воду, готовить пищу, работать на компьютере и станках. Вместе с тем, обращаться с электричеством необходимо уметь, иначе можно не только получить травмы, но и нанести вред имуществу. Как правильно прокладывать проводку, организовывать снабжение объектов электричеством, изучает такая наука, как электротехника.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-elektrotehnika-210x140..jpg 700w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Зачем нужно знать электротехнику

Понятие электричества

Все вещества состоят из молекул, которые, в свою очередь, состоят из атомов. У атома есть ядро и движущиеся вокруг него положительно и отрицательно заряженные частицы (протоны и электроны). При нахождении двух материалов рядом друг с другом между ними возникает разность потенциалов (у атомов одного вещества электронов всегда меньше, чем у другого), что приводит к появлению электрического заряда – электроны начинают перемещаться от одного материала к другому. Так возникает электричество. Другими словами, электричество – это энергия, возникающая в результате перемещения отрицательно заряженных частиц из одного вещества в другое.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-elektrichestvo.jpg 700w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Что такое электричество

Скорость перемещения может быть разной. Чтобы движение было в нужном направлении и с нужной скоростью, используются проводники. Если движение электронов по проводнику осуществляется только в одном направлении, такой ток называется постоянным. Если же направление перемещения с определенной частотой меняется, то ток будет переменным. Самым известным и простым источником постоянного тока является батарейка или автомобильный аккумулятор. Переменный ток активно используется в бытовом хозяйстве и в промышленности. На нем работают практически все устройства и оборудование.

Что изучает электротехника

Данная наука знает практически все об электричестве. Изучить ее необходимо всем, кто хочет получить диплом или квалификацию электрика. В большинстве учебных заведений курс, на котором изучают все, что связано с электроэнергией, называется «Теоретические основы электротехники» или, сокращенно ТОЭ.

Данная наука получила развитие в XIX веке, когда был изобретен источник постоянного тока, и появилась возможность строить электрические цепи. Дальнейшее развитие электротехника получила в процессе новых открытий в области физики электромагнитных излучений. Чтобы без проблем осваивать науку в настоящее время, необходимо иметь знания не только в области физики, но также химии и математики.

В первую очередь, на курсе ТОЭ изучаются основы электричества, дается определение тока, исследуются его свойства, характеристики и направления применения. Далее изучаются электромагнитные поля и возможности их практического использования. Завершается курс, как правило, изучением устройств, в которых используется электрическая энергия.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/3-izuchenie-210x140..jpg 700w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Предмет изучения электротехники

Чтобы разобраться с электричеством, не обязательно поступать в высшее или среднее учебное заведение, достаточно воспользоваться самоучителем или пройти видеоуроки «для чайников». Полученных знаний вполне хватит, чтобы разобраться с проводкой, заменить лампочку или повесить люстру дома. Но, если планируется профессионально работать с электричеством (например, в должности электромонтера или энергетика), то соответствующее образование будет обязательным. Оно позволяет получить специальный допуск на работу с приборами и устройствами, работающими от источника тока.

Основные понятия электротехники

Изучая электричество для начинающих, главное – разобраться с тремя основными терминами:

• Сила тока;
• Напряжение;
• Сопротивление.

Под силой тока понимается количество электрического заряда, протекающего через проводник с определенным сечением за единицу времени. Другими словами, количество электронов, которые переместились из одного конца проводника в другой за некоторое время. Сила тока является самой опасной для жизни и здоровья человека. Если взяться за оголенный провод (а человек – это тоже проводник), то электроны пройдут через него. Чем больше их пройдет, тем больше будут повреждения, поскольку в процессе своего движения они выделяют тепло и запускают различные химические реакции.

Однако чтобы ток шел по проводникам, между одним и другим концом проводника должно быть напряжение или разность потенциалов. Причем она должна быть постоянной, чтобы движение электронов не прекращалось. Для этого электрическую цепь обязательно замыкают, а на одном конце цепи обязательно ставят источник тока, который обеспечивает в цепи постоянное движение электронов.

Jpg?x15027" alt="Электрическая цепь" width="960" height="720">

Электрическая цепь

Сопротивление – это физическая характеристика проводника, его способность к проведению электронов. Чем ниже сопротивление проводника, тем большее количество электронов по нему пройдет за единицу времени, тем выше сила тока. Высокое сопротивление, наоборот, уменьшает силу тока, но влечет за собой нагревание проводника (если напряжение достаточно высоко), что может привести к возгоранию.

Подбор оптимальных соотношений между напряжением, сопротивлением и силой тока в электрической цепи является одной из основных задач электротехники.

Электротехника и электромеханика

Электромеханика является разделом электротехники. Она изучает принципы функционирования устройств и оборудования, которые работают от источника электрического тока. Изучив основы электромеханики, можно научиться ремонтировать различное оборудование или даже проектировать его.

В рамках уроков по электромеханике, как правило, изучаются правила преобразования электрической энергии в механическую (каким образом функционирует электродвигатель, принципы работы любого станка и так далее). Также исследуются и обратные процессы, в частности, принципы действия трансформаторов и генераторов тока.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-elektromehanika.jpg 700w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Предмет изучения электромеханики

Таким образом, без понимания того, как составляются электрические цепи, принципов их функционирования и других вопросов, которые изучает электротехника, осваивать электромеханику невозможно. С другой стороны, электромеханика является более сложной дисциплиной и носит прикладной характер, поскольку результаты ее изучения применяются непосредственно при конструировании и ремонте машин, оборудования и различных электрических устройств.

Безопасность и практика

Осваивая курс электротехники для начинающих, необходимо уделить особое внимание вопросам безопасности, поскольку несоблюдение определенных правил может привести к трагическим последствиям.

Первое правило, которому необходимо следовать, – обязательно знакомиться с инструкцией. У всех электроприборов в руководстве по эксплуатации всегда имеется раздел, который посвящен вопросам безопасности.

Второе правило заключается в контроле состояния изоляции проводников. Все провода обязательно должны покрываться специальными материалами, не проводящими электричество (диэлектриками). Если изоляционный слой нарушен, в первую очередь, следует его восстановить, иначе возможно нанесение вреда здоровью. Кроме того, работу в целях безопасности с проводами и электрооборудованием следует производить только в специальной одежде, которая не проводит электричество (резиновые перчатки и диэлектрические боты).

Третье правило состоит в использовании для диагностики параметров электросети только специальных приборов. Ни в коем случае не стоит делать этого голыми руками или пробовать «на язык».

Обратите внимание! Пренебрежение данными элементарными правилами является основной причиной травм и несчастных случаев в работе электриков и электромонтеров.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/6-bezopasnost.jpg 768w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Правила безопасности при работе с электричеством

Чтобы получить начальное представление об электричестве и принципах работы устройств с его применением, рекомендуется пройти специальный курс или изучить пособие «Электротехника для начинающих». Подобные материалы разработаны специально для тех, кто пытается с нуля освоить данную науку и получить необходимые навыки для работы с электрооборудованием в быту.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/7-sovety.jpg 756w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Советы начинающим электрикам

В пособии и видеоуроках подробно рассказывается, как устроена электрическая цепь, что такое фаза, а что такое ноль, чем отличается сопротивление от напряжения и силы тока и так далее. Отдельное внимание уделяется технике безопасности, чтобы избежать травм при работе с электроприборами.

Конечно, изучение курсов или чтение пособий не позволит стать профессиональным электриком или электромонтером, но решить большинство бытовых вопросов по итогам освоения материала будет вполне по силам. Для профессиональной работы требуется уже получение специального допуска и наличие профильного образования. Без этого выполнять должностные обязанности запрещается различными инструкциями. Если же предприятие допустит человека без необходимого образования к работе с электрооборудованием, и он получит травму, руководитель понесет серьезное наказание, вплоть до уголовного.

Видео

Заключается в том, что электротехника изучает проблемы, связанные с силовыми крупногабаритными электронными компонентами: линии электропередачи , электрические приводы , в то время как в электронике основными компонентами являются компьютеры и интегральные схемы . В другом смысле, в электротехнике основной задачей является передача электрической энергии, а в электронике - информации.

Разделы

Электротехника имеет множество разделов, самые важные из которых описаны ниже. Хотя инженеры работают каждый в своей области, но многие из них имеют дело с комбинацией из нескольких наук.

Электроэнергетика

Электроэнергетика - наука о выработке, передаче и потреблении электроэнергии, а также о разработке устройств для этих целей. К таким устройствам относят: трансформаторы , электрические генераторы , ТЭНы , электродвигатели , низковольтную аппаратуру и электронику для управления силовыми приводами. Многие государства мира имеют электрическую сеть , называемую электроэнергетической системой, которая соединяет множество генераторов с потребителями энергии. Потребители получают энергию из сети, не тратя ресурсы на выработку своей собственной энергии. Энергетики работают как над проектированием и обслуживанием сети, так и над энергетическими системами, присоединёнными к сети. Такие системы называются внутрисетевыми и могут как поставлять энергию в сеть, так и потреблять её. Энергетики работают также и над системами не присоединёнными к сети, называемыми внесетевыми, которые в некоторых случаях являются более предпочтительными, чем внутрисетевые системы. Имеется перспектива создания энергетических систем, контролируемых со спутника , имеющих обратную связь в реальном времени, что позволит избежать скачков напряжения и предотвратить нарушения энергоснабжения.

Системы автоматического управления

Задачами автоматических систем управления (и автоматизации в целом) является моделирование различных динамических систем и разработка систем управления, которые заставляют работать динамические системы нужным образом. Для создания таких устройств могут использоваться электрические схемы , процессоры цифровой обработки сигналов , микроконтроллеры и программируемые логические контроллеры . Системы управления имеют широкую область применения от систем, встраиваемых в энергетические установки (например, на коммерческих авиалайнерах), автоматов постоянной скорости (имеющихся во множестве современных автомобилей) и ЧПУ в станках до систем управления на базе промышленных ПК в автоматизации промышленного производства .

Литература

• Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М .: Гардарики, 2002. - 638 с. - ISBN 5-8297-0026-3
• Л. А. Бессонов. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Издание девятое переработанное и дополненное. Москва, «Высшая школа», 1996

См. также

Примечания

Ссылки

• Электротехника - статья из
• Электротехника - статья из Толкового словаря русского языка Ушакова
• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : В 86 томах (82 т. и 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.
• Электротехника - статья из словаря по естественным наукам «Глоссарий.ру»
• Энергетическое и электротехническое образование в СССР - статья из Большой советской энциклопедии

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Электротехника" в других словарях:

Электротехника … Орфографический словарь-справочник

Наука о применении электричества к различным промышленным и культурным целям. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА прикладная наука, указывающая наилучшие практические приемы и способы для … Словарь иностранных слов русского языка

электротехника - Отрасль науки, связанная с использованием электрических и магнитных явлений. Электротехника рассматривает вопросы генерирования, передачи и использования электрической энергии. В круг ее задач также входит преобразование электрической энергии в… … Справочник технического переводчика

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, электротехники, мн. нет, жен. 1. Наука о применении электричества для различных практических целей. Курс электротехники. Электротехника сильных токов. Электротехника слабых токов. 2. Отрасль промышленности, производящая… … Толковый словарь Ушакова

Отрасль науки и техники: связанная с получением, преобразованием, и использованием электрической энергии; и охватывающая вопросы применения электрических и магнитных явлений в промышленности, связи, на транспорте и др. См. также: Техника… … Финансовый словарь

Отрасль науки и техники, связанная с получением, преобразованием и использованием электрической энергии и охватывающая вопросы применения электрических и магнитных явлений в промышленности, связи, на транспорте и др … Большой Энциклопедический словарь

Только в XVII веке началось подробное изучение электричества и становление электротехники как фундаментальной науки. Первая действующая модель электротехнической машины была изобретена великим ученым О. Герике аж в 1650 году. В дальнейшем к развитию электротехники приложили свою руку Ватт и Джоуль, Петров и Фарадей, Яблочков и Ломоносов, Вольт и Эйлер, Попов и Гальвани, Тесла Эдисон, и другие ученые.

В настоящий момент выделяется три приоритетных процесса связанных с электрической энергией: передача и распределение, генерация и потребление электроэнергии . В связи с этим все электротехническое оборудование по функциональному назначению можно разделить поделить на эти значимые группы.

Генерация : наиболее значимыми являются ядерная энергетика, гидроэнергетика и теплоэнергетика. Гидроэнергетика использует кинетическую энергию водоемов, а с некоторых пор появилась возможность использовать энергию приливов и отливов на побережьях морей и океанов. Теплоэнергетика использует преобразование тепла, образующегося при сжигании различных видов топлива от угля, до жидких нефтепродуктов, которые разогревают водяные котлы для получения пара высокого давления, который способен вращать турбины генераторов. Ядерную энергетику характеризует использование агрегатов с источниками тепла повышенной мощности - реакторов с урановыми топливными элементами.

Передача электрической энергии может осуществляться двумя способами : по воздушным линиям либо с помощью кабельных каналов. Воздушные линии электропередач протягиваются на сериях металлических конструкциях, оснащенных изоляторами и системами молниезащиты. Кабельные каналы устанавливаются ниже поверхности грунта, они более долговечней воздушных линий передачи электроэнергии, но и более сложны в обслуживании и значительно дороже по стоимости.

В основе технологии передачи электроэнергии на значительные расстояния лежит трехфазный электрический кабель , который конструктивно изготавливается из трех алюминиевых или медных жил, разделяемых друг от друга и от внешней среды с помощью изоляторов, не проводящих электрический ток.

Большинство процессов требуют для своей работы подключения к сети переменного тока , однако, существуют и такие потребители, которых можно отнести к категории потребителей постоянного тока, но их значительно меньше.

Для такой категории потребителей электрической энергии требуется особое электротехническое устройство - инвертор . Как правило, наиболее часто применяется трехфазный инвертор, но тем не менее могут применяться инверторы на одну и более фазы.

Наиболее простым коммутационным устройством для управления электрической цепью является рубильник - это устройство с ручным управлением и металлическими ножевидными контактами. Наиболее эффективным распределителем электрической энергии считается электрический щит - это панель в которую можно установить сразу несколько рубильников, как правило, закрываемая внешними дверцами, назначение которых защитить от воздействия внешних факторов.

В последние десятилетия ассортимент электротехнического оборудования уже превышает многие десятки миллионов наименований, так как микроэлектроника, системы автоматического управлении и электротехнические устройства, а так же электроэнергетика охватили буквально все сферы жизнедеятельности современного человека

Реле тока

Принцип действия реле аналогичен принципу действия контактора , и поэтому в ряде случаев, кроме своего основного назначения, контактор выполняет функции реле напряжения.

Реле регулируют на определенное напряжение, при котором оно вступает в действие.

Реле тока реагирует на изменение величины тока , протекающего по его катушке, и при этом закрывает или открывает свои контакты. Принцип действия аналогичен принципу действия реле напряжения. Разница заключается в том, что катушку реле тока включают в сеть последовательно или через трансформатор тока, она имеет небольшое число витков толстой проволоки и обладает весьма малым сопротивлением.

Применяют реле тока, главным образом, для защиты, а иногда и для автоматического управления, в частности для автоматизации пуска двигателей. Реле имеют различную конструкцию, зависящую от рода тока (постоянный или переменный). Кроме того, существуют и такие конструкции реле, которые могут быть использованы как в цепи постоянного, так и переменного тока.

Реагируют реле на ток срабатывания изменением натяжения пружины.

Для контроля работы электрооборудования на электрических кранах применяются следующие основные измерительные приборы: для измерения тока — амперметры, для измерения напряжения — вольтметры, для измерения мощности — ваттметры.

Амперметры

Амперметр в цепь измеряемого тока включают последовательно. Для того чтобы ток в цепи при включении амперметра не изменился, сопротивление прибора делают возможно меньшим.

Для измерения постоянного тока большой силы в цепь тока включают малое сопротивление (шунт), не оказывающее какого-либо влияния на изменение тока в цепи. Параллельно этому сопротивлению присоединяют амперметр. При таком присоединении через прибор проходит не весь измеряемый ток, а лишь небольшая часть его. Шкала же амперметра отградуирована таким образом, что прибор показывает весь ток в цепи.

В цепях переменного тока при значительной его величине амперметры включают в цепь через специальные аппараты — трансформаторы тока .

Электротехника и ее безопасное использование

Последние несколько сотен лет сам термин «цивилизованность» неразрывно связан с использованием электроэнергии. Бурное техническое развитие привело к тому, что в современном мире практически все известные производственные процессы зависимы от электрической энергии. Поэтому электротехника является неизменной частицей нынешнего быта.

В домашнем хозяйстве электрические приборы выполняют все затребованные функции – очищают полы и моют посуду, гладят и стирают, пекут и сверлят, и, наконец, просто играют, показывают и поют!

Электрические устройства, со временем ставшие нам не просто друзьями, а почти родственниками, используют в целях своего бесперебойного функционирования сеть с напряжением в 220 Вт. Такие сети среди энергетиков считаются низковольтными, но это вовсе не означает, что такая величина напряжения является безопасной для человека. Ведь показатель ущерба, причиненного ударом электрического тока, зависит не, сколько от напряжения в сети, сколько от силы такого тока.

Что важно, для смертельного исхода достаточной будет величина всего лишь в 0,1 Ампера. Но большинство предлагаемых ныне бытовых приборов потребляют намного больше – 10, 16 и более ампер!

Для того чтобы электричество оставалось другом, а не врагом, бытовое электрооборудование должно соответствовать современным нормам безопасности, основная задача которых – предотвратить попадание электрического тока на человека.

Немаловажное значение относительно защищенности от удара человека электрическим током имеет процесс применения бытовых приборов во влажном помещении – ванной или душевой, саунах, а также на открытой территории. Для таких механизмов важно установить электропроводку с заземлением и защитить необходимые электрические линии УЗО, либо хотя бы установить дифференциальный автомат.

Также, что очень важно, нужно строго соблюдать эксплуатационные правила использования бытовых электротехнических устройств – не оставлять все включенное в сеть оборудование без присмотра, не прикасаться к нему влажными или мокрыми руками. Также не использовать в тех местах, где существует риск нарушения целостности корпусной поверхности электроустройств.

Предмет, основные разделы и понятия теоретических основ электротехники

Предметом изучения в дисциплине «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ) являются электромагнитные явления и процессы в устройствах и системах электроэнергетики, электротехники и электрофизики. Помимо самостоятельной ценности эта дисциплина призвана обеспечить фундаментальные знания, язык и методологию, необходимые для специальных дисциплин в инженерном образовании электроэнергетиков, электротехников и электрофизиков. Основными разделами ТОЭ являются: «Теория электромагнитного поля» и «Теория электрических цепей», и соответственно важнейшими понятиями являются понятия электромагнитного поля и электрической цепи.

Электромагнитное поле - это особый вид материи (вещества), отличающийся непрерывным распределением в пространстве, обнаруживающий дискретность структуры (кванты излученного электромагнитного поля) и характеризующийся способностью оказывать на заряженные частицы силовое воздействие, зависящее от их скорости . Заметим, что всякая электрически заряженная частица, в том числе элементарная отрицательно заряженная частица - электрон или элементарная положительно заряженная частица - протон, окружена электромагнитным полем, составляющим с ней одно целое. Однако электромагнитное поле может существовать и в свободном состоянии, отдаленном от заряженных частиц, в виде движущихся со скоростью, близкой к 3 · 10 8 м/с, фотонов или электромагнитных волн. Электромагнитное поле является носителем определенного количества энергии, которая способна преобразовываться в другие виды энергии - механическую, тепловую и т.п. Являясь носителем энергии, поле обладает и определенной массой. Следует заметить, что плотность этой массы в обычных электромагнитных полях весьма невелика. Поэтому на практике этой характеристикой поля обычно не интересуются, сосредоточивая внимание на энергетической стороне рассматриваемых явлений. При изучении электромагнитных явлений принято выделять две стороны - электрическую и магнитную, между которыми существует тесная связь. В соответствии с этим выделяются и две стороны электромагнитного поля - электрическое поле и магнитное поле.

Электрическое поле - это одна из двух сторон электромагнитного поля, обусловленная электрическими зарядами и изменением магнитного поля, оказывающая силовое воздействие на неподвижные заряженные тела и частицы . Для выявления этого поля необходимо рассмотреть неподвижное заряженное тело, поскольку на движущееся тело воздействует не только электрическое, но и магнитное поле. Здесь под зарядом тела понимается совокупный заряд его электрически заряженных частиц. При избытке элементарных заряженных частиц одного знака заряду тела приписывается именно этот знак - отрицательный (при избытке электронов) или положительный (при избытке протонов). Исследуем поле некоторого основного тела с зарядом q . Для этого в различные точки окрестности этого тела будем помещать пробное точечное тело (т.е. тело со столь малыми размерами, что в его пределах исследуемое поле можно считать однородным) с положительным зарядом q 0 . В каждой такой точке на пробное тело будет действовать механическая сила, позволяющая определить основную физическую векторную величину, характеризующую электрическое поле, называемую его напряженностью (рис. 1.1) и равную отношению силы, действующей на точечный электрический заряд в данной точке пространства, к значению этого заряда.*

Таким образом, . Рассмотренный случай электрического поля, обусловленного исключительно неподвижными зарядами, называют также электростатическим полем .

Магнитное поле - одна из двух сторон электромагнитного поля, обусловленная движущимися заряженными частицами и изменением электрического поля, оказывающая силовое воздействие на движущиеся заряженные частицы и выявляемая по силовому воздействию, направленному нормально к направлению движения этих частиц и пропорциональному их скорости .

Для иллюстрации этой стороны электромагнитного поля можно расположить магнитную стрелку вблизи от намагниченных тел или неподвижных проводников с неизменными во времени, т.е. постоянными, токами. В создаваемом этими телами или проводниками соответственно магнитостатическом или стационарном магнитном поле северный конец магнитной стрелки укажет направление основной силовой характеристики магнитного поля - его магнитной индукции (рис. 1.2). Для количественного определения этой физической величины необходимо рассмотреть движущиеся заряды, например, по некоторому проводнику длиной l . Напомним, что движение зарядов называют электрическим током . Пусть - вектор, имеющий длину, равную длине отрезка проводника l , и направленный по оси проводника в направлении тока i , a q - заряд в объеме проводника, движущийся вдоль его оси со скоростью . Если заряд q проходит путь l за время t , то , a i = q /t . При этом оказывается, что на проводник с током, расположенный в магнитном поле, действует сила , значение которой пропорционально току i (или заряду q ), а направление перпендикулярно оси проводника. Существует определенное направление (обозначим его единичным вектором ), такое, что если ось проводника оказывается перпендикулярной этому направлению, то сила будет максимальной по значению. Именно это направление указала бы магнитная стрелка, будь она расположена на оси проводника. При этом направление будет перпендикулярным как вектору , так и вектору (рис. 1.3).

Магнитная индукция - векторная величина, направление которой совпадает с направлением единичного вектора . В общем случае сила определяется из соотношения или , где [,] - знак векторного умножения.

Если направление проводника с током выбрано таким образом, что сила оказывается максимальной по значению (т.е. когда векторы , , взаимоперпендикулярны - см. выше), то магнитная индукция находится как или

Выделение из электромагнитного поля двух сторон - электрического поля и магнитного поля оказывается весьма удобным по методическим соображениям. Кроме того, в инженерной практике встречаются ситуации, когда фактически проявляется только одна из этих сторон [как, например, в случае электростатического или магнитостатического поля (см. выше)]. Но в общем случае эти две стороны взаимосвязаны и проявляются совместно. Так, на движущуюся в электрическом поле частицу с зарядом q и скоростью действует сила Лоренца , одна из составляющих которой обусловливается электрическим, а другая - магнитным полем.

Познакомимся теперь с рядом понятий - электрическим напряжением, разностью электрических потенциалов и электродвижущей силой, связанных с электрическим полем и необходимых для знакомства с основными понятиями теории электрических цепей.

Пусть частица с зарядом q переносится в электрическом поле из точки А в точку В вдоль некоторого пути (рис. 1.4). Действующие на нее силы совершают работу А , значение которой пропорционально заряду q , а именно А = qU AB , где величину U AB называют электрическим напряжением.

Электрическое напряжение - это физическая величина, характеризующая электрическое поле вдоль рассматриваемого пути и равная линейному интегралу напряженности электрического поля вдоль этого пути . В нашем случае (рис. 1.4) . Заметим, что в электростатическом поле интеграл не зависит от выбора пути между точками А и В , т.е. (рис. 1.5).

При этом величину, равную этому интегралу, называют разностью электрических потенциалов точек А и В и обозначают .

В электростатическом поле понятие напряжения между двумя точками тождественно понятию разности потенциалов: U AB = U A – U B . При этом если в поле выбрана некоторая особая точка Р (часто это бесконечно удаленная точка), тогда значение интеграла называют электрическим потенциалом точки А . Если электрическое поле в каждой точке может быть охарактеризовано с точностью до некоторого постоянного значения электрическим потенциалом (как, например, электростатическое поле), то такое поле называют потенциальным полем , в противном случае непотенциальным или вихревым полем . В потенциальных полях линейный интеграл напряженности по любому замкнутому контуру (в частности, контуру AnBmA на рис. 1.5) равен нулю: (в частности, ). В непотенциальных полях существуют области пространства, в которых . Тогда говорят, что в рассматриваемом контуре действует электродвижущая сила е (сокращенно ЭДС) . Источниками таких сил являются, например, электрические генераторы, гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы и т.п. В этих источниках происходит преобразование энергии какого-либо вида (энергии механического движения, химической, тепловой и т.п.) в электромагнитную, в связи с чем их называют также источниками энергии.

Заметим, что особенности проявления электрических и магнитных полей в веществах, в том числе применяемых в электротехнических, электроэнергетических и электрофизических устройствах, определяемые свойствами этих веществ, позволяют провести классификацию этих веществ. Так, все вещества по их электрическим свойствам могут быть разделены на три основных класса - проводящие вещества (проводники), изолирующие вещества (диэлектрики) и полупроводящие вещества (полупроводники).

Проводящими веществами являются такие, в которых существуют в значительном количестве обладающие зарядом свободные элементарные частицы (электроны или положительные и отрицательные ионы), приходящие в упорядоченное движение под действием электрического поля и образующие тем самым в таком веществе упорядоченный электрический ток. Основным свойством таких веществ является электропроводность, т.е. свойство проводить электрический ток под действием электрического поля. Электрический ток в проводниках называют током проводимости . Проводящими веществами являются металлы, растворы кислот, щелочей, все влажные предметы, как проводник можно рассматривать и человеческое тело.

Диэлектриками называются вещества, в которых свободные частицы, обладающие зарядом, имеются в ничтожном количестве и на первый план выступает явление поляризации. Суть ее заключается в том, что под действием механических сил, обусловленных внешним электрическим полем, частицы молекул, обладающие положительным зарядом, смещаются в сторону поля (в сторону направления вектора ), а частицы, обладающие отрицательным зарядом, смещаются в противоположную сторону. Если напряженность электрического поля не чрезмерно велика, то эти частицы разойтись не могут, так как они удерживаются внутриатомными и внутримолекулярными силами. Считается, что электропроводностью диэлектрики не обладают, но при внесении их в переменное электрическое поле, напряженность которого меняет во времени не только значение, но и направление, вызванное ей движение зарядов в диэлектрике рассматривается как электрический ток, называемый током смещения . К диэлектрикам относятся фарфор, слюда, некоторые масла, сухое дерево. Следует отметить, что идеальных диэлектриков нет, практически все эти вещества в некоторой, но очень незначительной мере обладают свойством электропроводности.

Полупроводящие вещества занимают по значению своей электропроводности промежуточное положение между проводящими веществами и диэлектриками и отличаются рядом специфических свойств, связанных с существованием в них не только электропроводности, обусловленной электронами проводимости, но и электропроводности, обусловленной перемещением под действием электрического поля так называемых «дырок», т.е. незанятых валентными электронами мест в атомах, что эквивалентно перемещению положительных частиц с зарядом, равным по абсолютному значению заряду электрона. Вещества, обладающие подобными свойствами, производятся, например, на основе соединений селена, германия, кремния. Подобные свойства позволяют создавать на основе этих материалов большие группы полупроводниковых приборов, обладающих весьма важными характеристиками, а именно свойствами управления электропроводностью этих приборов. Полупроводниковые приборы - основа современной электроники, находят все большее распространение и в современной электротехнике и электроэнергетике.

Прежде чем перейти к рассмотрению другого важнейшего понятия ТОЭ - электрической цепи, отметим, что использованные выше физические величины принято характеризовать определенными единицами, относящимися к интернациональной системе единиц (СИ), которая содержит семь основных единиц, четыре из которых: метр (1 м) - единица длины; килограмм (1 кг) - единица массы; секунда (1 с) - единица времени; ампер (1 А) - единица силы электрического тока, необходимы для описания всех электромагнитных величин. Другими важными единицами являются: кулон (1 Кл) - единица заряда (1 Кл = 1 А · 1 с), вольт (1 В) - единица напряжения, потенциала, ЭДС; вебер (1 Вб) - единица магнитной индукции.*

Локализацию магнитного поля в ограниченной области пространства, образованного рядом физических устройств, иногда можно описывать более упрощенно, не прибегая к таким понятиям, как магнитная индукция или напряженность электрического поля. В этом случае говорят об электрических цепях. Точнее, совокупность устройств, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении, называют электрической цепью .