Лабораторные работы по электротехнике Изучение метода компенсации Изучение работы полупроводниковых выпрямителей Изучение кенотронного выпрямителя Изучение колебательного контура Изучение цепи переменного тока

Постоянный ток Лабораторные работы

Выполнение любой лабораторной работы по электротехнике сопровождается измерением тока, напряжения и других электрических величин, что позволяет постигнуть сущность исследуемого физического процесса и выявить характеристики того или иного электротехнического устройства

Электричество и постоянный ток

Электричество – это понятие, которое охватывает всю совокупность явлений, в которых проявляется существование, движение и взаимодействие электрических зарядов. Науку, изучающую эти явления, называют наукой об электричестве.

1. ЭЛЕКТРОСТАТИКА.

Электростатика изучает взаимодействия и свойства неподвижных электрических зарядов.

1.1. Электрические заряды. Закон сохранения электрического заряда.

 Уже в VII веке до нашей эры древнегреческий ученый Ф.Милетский описал способность янтарной палочки, натертой шелком, притягивать легкие предметы. В конце XIV в. английский врач и физик У.Гильберт заинтересовался этим явлением и обнаружил аналогичные свойства у стекла, фарфора и многих других тел, предварительно натертых кожей, сукном и прочими мягкими материалами. Это явление Гильберт назвал электризацией. Электризация бывает положительной (которую приобретает стекло, натертое кожей) и отрицательной (которую приобретает кожа). Таким образом, при электризации тел трением, оба тела электризуются, т.е. приобретают заряды, равные по величине и противоположные по знаку.

 Явление электризации тел долгое время не могло быть объяснено. Только в 1881 г. немецким физиком Г.Гельмгольцем была высказана гипотеза, объясняющая электрические явления существованием электрически заряженных элементарных частиц. Эта гипотеза была подтверждена в 1897 г. английским физиком Д.Томсоном открытием электрона и в 1919 г. английским физиком Э.Резерфордом открытием протона. Масса электрона me=9.11×10-31 кг, его заряд e= -1.6×10-19 Кл. Масса протона mp=1.6710-27 кг, его заряд e= +1.6×10-19 Кл (в системе единиц СИ единица заряда называется Кулон в честь английского ученого Кулона и обозначается 1Кл). Опытным путем (1910-1914 гг.) американский физик Р.Милликен доказал дискретность электрических зарядов: заряд любого тела равен целому числу элементарных зарядов. Носителем элементарного отрицательного заряда является электрон, положительного - протон. В незаряженном теле число положительных и отрицательных элементарных зарядов одинаково, в заряженном теле - различно. Английский физик М.Фарадей при обобщении опытных данных установил фундаментальный закон природы - закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой электрически замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы в ней не происходили. Электрически замкнутой является система, не обменивающаяся зарядами с внешними телами. Позднее было обнаружено, что величина электрического заряда не зависит от системы отсчета, от того - движется заряд или покоится. Следовательно, заряд - релятивистки инвариантная величина.

 В зависимости от концентрации свободных зарядов все тела делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники.

К проводникам относятся вещества, в которых свободные электрические заряды перемещаются свободно по всему объему. Это металлы, электролиты и плазма. Проводники делятся на две группы. В проводниках первого рода (металлах) перенос зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими изменениями самих проводников. В проводниках второго рода (электролитах, расплавах солей) перемещение положительных и отрицательных ионов ведет к химическим изменениям в самих проводниках.

Диэлектрики - это вещества, в которых практически отсутствуют свободные заряды. Они не проводят электрический ток. К диэлектрикам относятся : стекло, янтарь, каучук, сера, пластмассы, эбонит, газы при комнатной температуре.

Полупроводники (германий, кремний, селен, графит и др.) по своим свойствам занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Их свойства в значительной мере зависят от внешних условий, главным образом, от температуры.

1.2. Закон Кулона.

Закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов экспериментально был открыт французским физиком Ш.Кулоном в 1785 г. Точечный заряд, как и материальная точка, является физической абстракцией. Если линейные размеры заряженного тела пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, то его можно считать точечным.

Подпись:  
Рис.1.1. Силы куло¬нов¬ского взаимодей¬ст¬вия зарядов разных знаков.

Закон Кулона: сила электростатического взаимодействия двух точечных зарядов q1 и q2 в вакууме прямо пропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними.

 Кулон установил, что силы данной природы - центральные, т.е. они направлены вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие заряды. Согласно третьему закону Ньютона силы направлены в противоположные стороны и равны по величине F12= F21. Если заряды q1 и q2 одноименные по знаку, то силы отталкивают заряды; если они разноименные, то заряды притягиваются (рис.1.1). Если заряды поместить в среду (керосин, масло), то эта сила уменьшится в e раз. Она называется относительной диэлектрической проницаемостью среды, e>0. Для воздуха и вакуума e=1. В системе единиц СИ закон Кулона записывается для модуля силы Кулона и для вектора силы , где e0=8.85×10-12 Кл2/(Н×м2) и называется электрической постоянной. Далее все единицы измерения будут приводиться в Международной системе измерения (СИ).

 Диэлектрическая проницаемость является важной характеристикой пищевых продуктов. Измеряя ее, можно получить большую информацию о качестве продукта, оптимальном способе переработки и его хранения. Например, диэлектрическая проницаемость мяса существенно зависит от его жирности. С ростом жирности уменьшается влажность и e. Исследование e молока различной жирности показало, что с ростом последней e линейно убывает. Таким образом, по величине e можно определить жирность молока. По величине e можно также установить возможные сроки и температурный режим хранения фруктов и овощей.

Монтаж должен проводиться в полном соответствии со схемой, приведенной в "Руководстве к лабораторным работам". При монтаже схемы соединительные провода располагать по схеме таким образом, чтобы они не переплетались между собой. Сначала следует собирать основную токовую цепь схемы
Электрические токи в металлах, вакууме и полупроводниках