сущ., кол-во синонимов: 1
электруха (2)
Электри́ческая дуга́ (вольтова дуга), электрический разряд в газе в виде ярко светящегося плазменного шнура. Впервые наблюдалась В. В. Петровым в 1802. Применяется для плавки и сварки металлов, для освещения и других целей. Электрическая дуга, возникающая при разрыве цепей высокого напряжения, - вредное явление.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ ДУГА́ (вольтова дуга), электрический разряд в газе в виде яркосветящегося плазменного шнура. Впервые наблюдалась В. В. Петровым в 1802. Применяется для плавки и сварки металлов, для освещения и других целей. Электрическая дуга, возникающая при разрыве цепей высокого напряжения, - вредное явление.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ дуга (вольтова дуга) - электрический разряд в газе в виде яркосветящегося плазменного шнура. Впервые наблюдалась В. В. Петровым в 1802. Применяется для плавки и сварки металлов, для освещения и других целей. Электрическая дуга, возникающая при разрыве цепей высокого напряжения, - вредное явление.
Электри́ческая ёмкость (С), величина, характеризующая способность проводника удерживать электрический заряд. Для уединённого проводника С = Q/φ, где Q - заряд проводника, φ - его потенциал. Электрическая ёмкость конденсатора С = Q/(φ1 - φ2), где Q - абсолютная величина заряда одной из обкладок, φ1 - φ2 - разность потенциалов между обкладками (φ1
Электрическая емкость
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЁМКОСТЬ (C), величина, характеризующая способность проводника удерживать электрический заряд. Для уединенного проводника C=Q/j, где Q - заряд проводника, j - его потенциал. Электрическая емкость конденсатора C=Q/(j1-j2), где Q - абсолютная величина заряда одной из обкладок, j1-j2 - разность потенциалов между обкладками. Измеряется в системе СГС в см, в СИ в фарадах (Ф). Поскольку 1 Ф очень большая электрическая емкость(такой емкостью обладает уединенный шар в вакууме с радиусом 9 млн. км), на практике пользуются дольными единицами: микрофарада (10-6 Ф) и пикофарада (10-12 Ф).
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ (С) - величина, характеризующая способность проводника удерживать электрический заряд. Для уединенного проводника С = Q/j, где Q - заряд проводника, j - его потенциал. Электрическая емкость конденсатора С = Q/(j1-j2), где Q - абсолютная величина заряда одной из обкладок, j1-j2 - разность потенциалов между обкладками (j1"j2). Измеряется в системе СГС в см, в СИ в фарадах.
Электри́ческая и́згородь (электропастух), проволока, подвешенная на кольях с изоляторами, получающая маломощные электрические импульсы высокого напряжения. Используется главным образом для ограничения передвижения животных в пределах отведённого участка пастбища.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИЗГОРОДЬ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ И́ЗГОРОДЬ (электропастух), проволока, подвешенная на кольях с изоляторами, получающая маломощные электрические импульсы высокого напряжения. Используется главным образом для ограничения передвижения животных в пределах отведенного участка пастбища.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИЗГОРОДЬ (электропастух) - проволока, подвешенная на кольях с изоляторами, получающая маломощные электрические импульсы высокого напряжения. Используется главным образом для ограничения передвижения животных в пределах отведенного участка пастбища.
Электри́ческая инду́кция (D), величина, характеризующая электрическое поле в веществе наряду с напряжённостью (Е):D = εE, где ε - диэлектрическая проницаемость вещества. Поток электрической индукции через замкнутую поверхность определяется свободными зарядами, находящимися внутри объёма, ограниченного этой поверхностью (то есть не зависит от связанных зарядов, входящих в состав нейтральных атомов и молекул).
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИНДУКЦИЯ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ ИНДУ́КЦИЯ (D), величина, характеризующая электрическое поле в веществе наряду с напряженностью (Е): D = eЕ, где e - диэлектрическая проницаемость вещества. Поток электрической индукции через замкнутую поверхность определяется свободными зарядами, находящимися внутри этой поверхности (т. е. не зависит от связанных зарядов, входящих в состав нейтральных атомов и молекул).
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИНДУКЦИЯ (D) - величина, характеризующая электрическое поле в веществе наряду с напряженностью (Е): D = eЕ, где e - диэлектрическая проницаемость вещества. Поток электрической индукции через замкнутую поверхность определяется свободными зарядами, находящимися внутри этой поверхности (т. е. не зависит от связанных зарядов, входящих в состав нейтральных атомов и молекул).
Электри́ческая коро́на - то же, что коронный разряд.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ КОРОНА - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ КОРО́НА, то же, что коронный разряд (см. КОРОННЫЙ РАЗРЯД).
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ КОРОНА - то же, что коронный разряд.
Электри́ческая ла́мпа - искусственный источник света, в котором электрическая энергия преобразуется в энергию оптического излучения. Источником излучения в электрической лампе может быть нагретый до высокой температуры проводник, электрический разряд в газе или парах металла либо люминофор.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЛАМПА - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ ЛА́МПА, искусственный источник света, в котором электрическая энергия преобразуется в энергию оптического излучения. Источником излучения в электрической лампе может быть нагретый до высокой температуры проводник, электрический разряд в газе или парах металла либо люминофор.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЛАМПА - искусственный источник света, в котором электрическая энергия преобразуется в энергию оптического излучения. Источником излучения в электрической лампе может быть нагретый до высокой температуры проводник, электрический разряд в газе или парах металла либо люминофор.
▲ тракт
провод, электрический провод, электропровод - гибкий проводник электрического тока.
проводка. электропроводка.
кабель. фидер. троллей.
шина.
заземление.
Электри́ческая маши́на - машина, действие которой основано на использовании явления электромагнитной индукции; преобразует механическую энергию в электрическую (генератор), электрическую энергию в механическую (двигатель) либо электрическую в электрическую же (например, преобразователи напряжения, частоты и др.). Действие некоторых электрических машин обратимо, однако выпускаются они обычно для определенного режима работы.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ МАШИ́НА, машина, действие которой основано на использовании явления электромагнитной индукции; преобразует механическую энергию в электрическую (генератор), электрическую энергию в механическую (двигатель) либо электрическую энергию с одними параметрами (напряжением, частотой и др.) в электрическую энергию с другими (напр., преобразователь частоты). Действие всякой электрической машины обратимо, однако выпускаются они обычно для определенного режима работы.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ машина - машина, Действие которой основано на использовании явления электромагнитной индукции; преобразует механическую энергию в электрическую (генератор), электрическую энергию в механическую (двигатель) либо электрическую энергию с одними параметрами (напряжением, частотой и др.) в электрическую энергию с другими (напр., преобразователь частоты). Действие всякой электрической машины обратимо, однако выпускаются они обычно для определенного режима работы.
▲ машина
↑ основываться на, электромагнитные волны
электромашина - машина, действие которой основано на явлении электромагнитной индукции.
электромотор. | электродвигатель.
линейный двигатель. | электрогенератор. генератор.
турбогенератор.
динамомашина - генератор постоянного тока.
электромашинный генератор.
синхронная машина - машина, у которой частота вращения ротора кратна частоте тока
в электр. сети.
асинхронная машина.
коллекторная машина.
магнето. индуктор.
магнесин.
однополюсный. униполярный.
трансформатор. трансформаторный.
автотрансформатор. автотрансформаторный.
▼ якорь. ротор. статор. коллектор.
щетка. кондуктор.
Электри́ческая мо́щность - см. Мощность электрическая.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ МО́ЩНОСТЬ, см. Мощность электрическая (см. МОЩНОСТЬ (электрическая)).
Электри́ческая печь - плавильная или нагревательная печь, в которой тепловой эффект достигается с помощью электрического тока. Различают электрические печи дуговые, индукционные, печи сопротивления, электронно-лучевые и др.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ ПЕЧЬ, плавильная или нагревательная печь, в которой тепловой эффект достигается с помощью электрического тока. Различают дуговые, индукционные, печи сопротивления, электронно-лучевые и др.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ - плавильная или нагревательная печь, в которой тепловой эффект достигается с помощью электрического тока. Различают дуговые, индукционные, печи сопротивления, электронно-лучевые и др.
Электри́ческая подста́нция - электроустановка или совокупность электрических устройств для преобразования электрического тока по напряжению (трансформаторная подстанция) или частоте (преобразовательная подстанция), а также для распределения электрической энергии между потребителями (распределительная подстанция).
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОДСТАНЦИЯ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ ПОДСТА́НЦИЯ, электроустановка или совокупность электрических устройств для преобразования электрического тока по напряжению (трансформаторная подстанция) или частоте (преобразовательная подстанция), а также для распределения электрической энергии между потребителями.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОДСТАНЦИЯ - электроустановка или совокупность электрических устройств для преобразования электрического тока по напряжению (трансформаторная подстанция) или частоте (преобразовательная подстанция), а также для распределения электрической энергии между потребителями.
Электри́ческая постоя́нная - коэффициент пропорциональности ε0 в законе Кулона
,
определяющем (в единицах СИ) силу взаимодействия F двух находящихся на расстоянии r точечных электрических зарядов q1 и q2;
ε0 = (μ0c2)-1Ф/м = 8,854187817·10-12Ф/м,
где μ0 - магнитная постоянная. Электрическая постоянная называется также диэлектрической проницаемостью вакуума.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОСТОЯННАЯ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ ПОСТОЯ́ННАЯ, коэффициент пропорциональности eо в законе Кулона
определяющем (в единицах СИ) силу взаимодействия F двух находящихся на расстоянии r точечных электрических зарядов q1 и q2; eо = (mоc2)-1 Ф/м = 8,854187817·10-12 Ф/м, где mо - магнитная постоянная (см. МАГНИТНАЯ ПОСТОЯННАЯ). Электрическая постоянная называется также диэлектрической проницаемостью вакуума.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОСТОЯННАЯ - коэффициент пропорциональности ?о в законе Кулона определяющем (в единицах СИ) силу взаимодействия F двух находящихся на расстоянии r точечных электрических зарядов q1 и q2; ?о = (?оc2)-1 Ф/м = 8,854187817.10-12 Ф/м, где ?о - магнитная постоянная. Электрическая постоянная называется также диэлектрической проницаемостью вакуума.
Электри́ческая про́чность - минимальная напряжённость однородного электрического поля, при которой наступает пробой диэлектриков.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ ПРО́ЧНОСТЬ, минимальная напряженность (см. НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ) однородного электрического поля Епр, при которой наступает пробой диэлектриков (см. ПРОБОЙ ДИЭЛЕКТРИКОВ). Электрическая прочность зависит от материала диэлектрика (см. ДИЭЛЕКТРИКИ), конфигурации электродов, внешних факторов, качества диэлектрика, типа воздействующего напряжения. Электрической прочностью обладают все газы, в том числе пары металлов, твердые и жидкие диэлектрики.
При определении электрической прочности для исключения теплового пробоя измерения производятся, как правило, в импульсном режиме, но импульсы напряжения должны быть достаточно длительными, чтобы процессы, приводящие к электрическому пробою, протекали без перенапряжений. Такими процессами являются ударная ионизация (см. УДАРНАЯ ИОНИЗАЦИЯ) либо туннельное (см. ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ) просачивание, либо то и другое. При напряжениях выше электрической прочности диэлектрик становится проводником (когда напряженность электрического поля Е достигает пробивной Епр, электропроводность скачкообразно возрастает). Переход в проводящее состояние часто приводит к разрушению материала из-за перегрева.
Электрическая прочность у газов, сравнительно с прочностью жидкостей и твердых диэлектриков, невелика и сильно зависит от внешних условий и от природы газа. Обычно пробивные характеристики разных газов сопоставляют при нормальных условиях (н. у.). Эти условия - давление 1 атм, температура 20 °С, электроды, создающие однородное поле, площадью 1 см2, межэлектродный зазор 1 см. Воздух при н. у. имеет электрическую прочность 3.104В/см. Коэффициент k, показывающий отношение электрической прочности газа к электрической прочности воздуха составляет для некоторых газов, используемых в технике: водород - k = 0.5, гелий (см. ГЕЛИЙ) - k = 0.2, элегаз (см. СЕРЫ ФТОРИДЫ) к = 2.9, фреон (см. ХЛАДОНЫ)-12 - k = 2.4, перфторированные углеводородные газы k = (4-10).
Жидкие диэлектрики отличаются более высокими значениями электрической прочности, чем газы в нормальных условиях. Предельно чистые жидкости получить очень трудно. Постоянными примесями в жидкости являются вода, газы и мельчайшие частицы твердых веществ, наличие которых сильно влияет на электрическую прочность жидкого диэлектрика. Зависимость от влажности проявляется при малой влажности, менее 0.01% и выражается в резком уменьшении пробивного напряжения с ростом содержания воды. Для чистых жидкостей, как правило, наблюдаются три области зависимостей электрической прочности от температуры: при низких температурах электрическая прочность падает по мере роста температуры, затем очень слабо меняется и вблизи температуры кипения опять заметное падение.
В твердых диэлектриках чисто электрический пробой имеет место, когда исключено влияние электропроводности и диэлектрических потерь, обусловливающих нагрев материала, а также отсутствует ионизация газовых включений. В случае однородного поля и полной однородности структуры материала пробивные напряженности при электрическом пробое могут служить мерой электрической прочности вещества. Такие условия удается наблюдать у монокристаллов многих окислов, щелочно-галоидных соединений и некоторых органических полимеров. При этом Епр достигает значений более 106В/м. Электрический пробой наблюдается у большинства диэлектриков при кратковременном (импульсном) воздействии напряжения.
Тонкие пленки могут обладать существенно более высокой электрической прочностью, чем массивные образцы. Это свойство получило название электрического упрочнения материалов.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ - минимальная напряженность однородного электрического поля, при которой наступает пробой диэлектриков.
Электри́ческая разве́дка - группа методов разведочной геофизики; основана на изучении естественного и искусственного электромагнитных полей, возникающих в земной коре под воздействием источников постоянного и переменного тока. Применяется при геологическом картировании, поисках и разведке месторождений полезных ископаемых и т. п.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ РАЗВЕ́ДКА, группа методов разведочной геофизики; основана на изучении естественных и искусственных электромагнитных полей, возникающих в земной коре под воздействием источников постоянного и переменного тока. Применяется при геологическом картировании, поисках и разведке месторождений полезных ископаемых и т. п.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА - группа методов разведочной геофизики; основана на изучении естественных и искусственных электромагнитных полей, возникающих в земной коре под воздействием источников постоянного и переменного тока. Применяется при геологическом картировании, поисках и разведке месторождений полезных ископаемых и т. п.
Электри́ческая сеть - совокупность устройств для соединения источников электрической энергии (обычно электростанций) с приёмниками (потребителями). Состоит из ЛЭП, трансформаторных и преобразовательных подстанций, соединительных проводов (кабелей) и др.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ СЕТЬ, совокупность устройств для соединения источников электроэнергии (обычно электростанций) с приемниками (потребителями). Состоит из ЛЭП, трансформаторных и преобразовательных подстанций, соединительных проводов (кабелей) и др.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ - совокупность устройств для соединения источников электроэнергии (обычно электростанций) с приемниками (потребителями). Состоит из ЛЭП, трансформаторных и преобразовательных подстанций, соединительных проводов (кабелей) и др.
Электри́ческая ста́нция - см. Электростанция.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ СТА́НЦИЯ, см. Электростанция (см. ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ).
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ - см. Электростанция.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ (электростанция), предприятие (или электроустановка), вырабатывающее электрическую, а в отдельных случаях и тепловую (теплоэлектроцентраль) энергию. В зависимости от источника энергии различают тепловые электростанции, гидроэлектростанции, солнечные электростанции, атомные электростанции, ветроэлектрические станции, геотермальные, приливные электрические станции и т.д.
Электри́ческая схе́ма - графическое изображение электрических цепей электронных, электро- или радиотехнических устройств, на котором условными обозначениями показаны элементы данного устройства и соединения между ними.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ СХЕ́МА, графическое изображение электрических цепей электронных, электро- или радиотехнических устройств, на котором условными обозначениями показаны элементы данного устройства и соединения между ними.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА - графическое изображение электрических цепей электронных, электро- или радиотехнических устройств, на котором условными обозначениями показаны элементы данного устройства и соединения между ними.
Электри́ческая цепь - совокупность различных устройств и соединяющих их проводников (или элементов электропроводящей среды), по которым может протекать электрический ток.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ ЦЕПЬ, совокупность различных устройств и соединяющих их проводников (или элементов электропроводящей среды), по которым может протекать электрический ток.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ - совокупность различных устройств и соединяющих их проводников (или элементов электропроводящей среды), по которым может протекать электрический ток.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ - один из самых важных видов энергии. Электроэнергия в своей конечной форме может передаваться на большие расстояния потребителю.
См. также ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ.
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА
Производство и распределение электроэнергии. На районной (т.е. приближенной к источникам энергоресурсов) электростанции электроэнергия вырабатывается чаще всего электромашинными генераторами переменного тока. Для уменьшения потерь при ее передаче и распределении напряжение, снимаемое на выходные электрогенератора, повышается трансформаторной подстанцией. Затем электроэнергия передается по высоковольтным линиям электропередачи (ЛЭП) на большие расстояния, которые могут измеряться сотнями километров. К ЛЭП подключен ряд распределительных подстанций, отводящих электроэнергию к местным центрам электропотребления. Поскольку далее электроэнергия передается по улицам и населенным районам, на подстанциях напряжение для безопасности еще раз понижается трансформаторами. К понижающим трансформаторам подстанций подключены линии магистральной сети. В удобных точках этой сети устанавливаются пункты ответвления для распределительной сети электропотребителей.
ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ производят электроэнергию, потребляя энергоресурсы, источники которых представлены в верхней части рисунка. Электроэнергия по высоковольтным ЛЭП подводится к распределительным подстанциям, где напряжение понижается до уровня, удобного потребителям. На рисунке не показаны АЭС.
Электростанции. Электростанции разных типов, расположенные в разных местах, могут быть объединены высоковольтными ЛЭП в энергосистему. В этом случае постоянную (базовую) нагрузку, потребляемую на всем протяжении суток, берут на себя атомные электростанции (АЭС), высокоэффективные паротурбинные тепловые электростанции и электроцентрали (ТЭС и ТЭЦ), а также гидроэлектростанции (ГЭС). В часы повышенной нагрузки к общей сети ЛЭП энергосистемы дополнительно подключаются гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), газотурбинные установки (ГТУ) и менее эффективные ТЭС, работающие на ископаемом топливе. Электроснабжение от энергосистем имеет существенные преимущества перед снабжением от изолированных электростанций: улучшается надежность энергоснабжения, лучше используются энергоресурсы района, снижается себестоимость электроэнергии за счет наиболее экономичного распределения нагрузки между электростанциями, уменьшается требуемая резервная мощность и т.д.
Коэффициент нагрузки. Потребительская нагрузка изменяется в зависимости от времени суток, месяца года, погоды и климата, географического расположения и экономических факторов. Максимального (пикового) уровня нагрузка может достигать на протяжении всего лишь нескольких часов в году, но мощность электростанции или энергосистемы должна быть рассчитана и на пиковую нагрузку. Кроме того, избыток, или резерв, мощности необходим для того, чтобы можно было отключать отдельные энергоблоки для технического обслуживания и ремонта. Резервная мощность должна составлять около 25% полной установленной мощности. Эффективность использования электростанции и энергосистемы можно характеризовать процентным отношением электроэнергии (в киловатт-часах), фактически выработанной за год, к максимально возможной годовой производительности (в тех же единицах). Коэффициент нагрузки не может быть равен 100%, так как неизбежны простои энергоблоков для планового технического обслуживания и ремонта в случае аварийного выхода из строя.
КПД электростанции. Термический КПД электростанции, работающей на угле, можно приближенно характеризовать массой угля в килограммах, которая сжигается для получения одного киловатт-часа электроэнергии. Этот показатель (удельный расход топлива) неуклонно снижался от 15,4 кг/кВтЧч в 1920-х до 3,95 кг/кВтЧч в начале 1960-х, но к 1990-м годам постепенно повысился до 4,6 кг/кВтЧч. Повышение в значительной мере объясняется введением пылезолоуловителей и газоочистителей, съедающих до 10% выходной мощности электростанции, а также переходом на экологически более чистый уголь (с низким содержанием серы), на который многие электростанции не были рассчитаны. В процентном выражении термический КПД современной ТЭС не превышает 36%, в основном из-за потерь тепла, уносимого отходящими газами - продуктами горения. У АЭС, работающих при более низких температурах и давлениях, несколько меньший полный КПД - около 32%. Газотурбинные установки с котлом-утилизатором (парогенератором, использующим тепло выхлопных газов) и дополнительной паровой турбиной могут иметь КПД более 40%. Термический КПД паротурбинной электростанции тем больше, чем выше рабочие температуры и давления пара. Если в начале 20 в. эти параметры составляли 1,37 МПа и 260° C, то в настоящее время обычны давления свыше 34 МПа и температуры свыше 590° C (АЭС работают при более низких температурах и давлениях, чем самые крупные ТЭС, поскольку нормативами ограничивается максимально допустимая температура активной зоны реактора). На современных паротурбинных электростанциях пар, частично отработавший в турбине, отбирается в ее промежуточной точке для повторного нагревания (промежуточного перегрева) до исходной температуры, причем могут быть предусмотрены две или более ступеней промперегрева. Пар из других точек турбины отводится для предварительного нагрева питательной воды, подводимой к парогенератору. Такие меры намного повышают термический КПД.
Экономика электроэнергетики. В таблице представлены ориентировочные данные о потреблении электроэнергии на душу населения в некоторых странах мира.
ГОДОВОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ДУШУ НАСЕЛЕНИЯ
ПАРОТУРБИННЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Основную долю электроэнергии, производимой во всем мире, вырабатывают паротурбинные электростанции, работающие на угле, мазуте или природном газе.
Парогенераторы. Парогенератор паротурбинной электростанции, работающей на ископаемом топливе, представляет собой котельный агрегат с топкой, в которой сжигается топливо, испарительными поверхностями, в трубах которых вода превращается в пар, пароперегревателем, повышающим температуру пара перед подачей в турбину до значений, достигающих 600° C, промежуточными (вторичными) пароперегревателями для повторного перегрева пара, частично отработавшего в турбине, экономайзером, в котором входная питательная вода нагревается отходящим топочным газом, и воздухоподогревателем, в котором топочный газ отдает свое остаточное тепло воздуху, подводимому к топке. Для подачи в топку воздуха, необходимого для горения, применяются вентиляторы, создающие в ней искусственную, или принудительную, тягу. В одних парогенераторах тяга создается вытяжными вентиляторами (дымососами), в других - приточными (напорными), а чаще всего и теми и другими, что обеспечивает т.н. уравновешенную тягу с нейтральным давлением в топке. При сгорании топлива негорючие компоненты, содержание которых может достигать 12-15% полного объема битуминозного и 20-50% бурого угля, оседают на подовине топочной камеры в виде шлака или сухой золы. Остальное проходит через топку в виде пыли, от которой полагается очищать отходящие газы, прежде чем выпускать их в атмосферу. Пылезолоочистка осуществляется циклонами и электрофильтрами, в которых частицы пыли заряжаются и осаждаются на коллекторных проволоках или пластинах, имеющих заряд противоположного знака. Нормативами для новых электростанций ограничивается выброс в атмосферу не только твердых частиц, но и диоксида серы. Поэтому непосредственно перед дымовой трубой в газоходах предусматриваются химические скрубберы, часто устанавливаемые после электрофильтров. В скрубберах (мокрых или сухих) с помощью различных химических процессов из отходящих газов удаляют серу. Из-за высокой требуемой степени пылезолоочистки в настоящее время применяют еще и тканевые рукавные фильтры с встряхиванием и обратной продувкой, содержащие сотни больших тканевых рукавов - фильтровальных элементов.
Электрогенераторы. Электромашинный генератор приводится во вращение т.н. первичным двигателем, например турбиной. Вращающийся вал первичного двигателя связан соединительной муфтой с валом электрогенератора, который обычно несет на себе магнитные полюса и обмотки возбуждения. Магнитное поле тока, создаваемого в обмотке возбуждения небольшим вспомогательным генератором или полупроводниковым устройством (возбудителем), пересекает проводники обмотки статора (неподвижной станины генератора), благодаря чему в этой обмотке наводится переменный ток, который снимается с выходных зажимов генератора. Большие трехфазные генераторы вырабатывают три отдельных, но согласованных между собой тока в трех отдельных системах проводников, напряжение на которых достигает 25 кВ. Проводники присоединены к трехфазному повышающему трансформатору, с выхода которого электроэнергия передается по трехфазным же высоковольтным ЛЭП в центры потребления. Мощные современные турбогенераторы имеют замкнутую систему вентиляции с водородом в качестве охлаждающего газа. Водород не только отводит тепло, но и уменьшает аэродинамические потери. Рабочее давление водорода составляет от 0,1 до 0,2 МПа. Для более интенсивного охлаждения генератора водород может также подаваться под давлением в полые проводники статора. В некоторых моделях генераторов обмотки статора охлаждаются водой.
См. также ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ. В целях повышения эффективности охлаждения и уменьшения размеров генератора ведутся исследования возможности создания генератора, охлаждаемого жидким гелием.
См. также СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.
Паровые турбины. Пар от пароперегревателей парогенератора, поступивший в турбину, проходит через систему профилированных входных сопел (сопловой аппарат). При этом давление и температура пара понижаются, а скорость сильно увеличивается. Высокоскоростные струи пара ударяются о венец из рабочих лопаток (с аэродинамическим профилем), закрепленных на роторе турбины, и энергия пара преобразуется в энергию вращения ротора. Пар проходит через последовательность направляющих и рабочих лопаточных решеток, пока его давление не понизится примерно до 2/3 атмосферного, а температура - до уровня (32-38° C), минимально необходимого для предотвращения конденсации пара. На выходе турбины пар обтекает пучки труб конденсатора, по которым прокачивается холодная вода, и, отдавая тепло воде, конденсируется, благодаря чему здесь поддерживается небольшой вакуум. Конденсат, скапливающийся в нижней части конденсатора, откачивается насосами и, пройдя через ряд нагревательных теплообменников, возвращается в парогенератор, чтобы снова начать цикл. Пар для этих нагревательных теплообменников отбирается из разных точек парового тракта турбины со все более высокой температурой соответственно повышению температуры возвратного потока конденсата. Поскольку для конденсатора требуются большие количества воды, крупные ТЭС целесообразно строить рядом с большими водоемами. Если запасы воды ограничены, то строятся градирни. В градирне вода, использованная для конденсации пара в конденсаторе, закачивается на вершину башни, откуда стекает по многочисленным перегородкам, распределяясь тонким слоем по поверхности большой площади. Входящий в башню воздух поднимается за счет естественной тяги или принудительной тяги, создаваемой мощными вентиляторами. Движение воздуха ускоряет испарение воды, которая за счет испарения охлаждается. При этом 1-3% охлаждающей воды теряется, уходя в виде парового облака в атмосферу. Охлажденная вода подается снова в конденсатор, и цикл повторяется. Градирни применяют и в тех случаях, когда вода забирается из водоема, - чтобы не сбрасывать отработанную теплую воду в естественный водный бассейн. Мощность самых крупных паровых турбин достигает 1600 МВт. Ступени высокого, промежуточного и низкого давления могут быть выполнены на одном роторе, и тогда турбина называется одновальной. Но крупные турбины часто выпускаются в двухвальном исполнении: ступени промежуточного и низкого давления монтируются на роторе, отдельном от ступени высокого давления. Максимальная температура пара перед турбиной зависит от типа сталей, применяемых для паропроводов и пароперегревателей, и, как правило, составляет 540-565° C, но может достигать и 650° C.
См. также ТУРБИНА.
Регулирование и управление. Прежде всего необходимо точно поддерживать стандартную частоту вырабатываемого переменного тока. Частота тока зависит от частоты вращения вала турбины и генератора, а поэтому необходимо в полном соответствии с изменениями внешней нагрузки регулировать поток (расход) пара на входе в турбину. Это осуществляется при помощи очень точных регуляторов с компьютерным управлением, воздействующих на входные регулирующие клапаны турбины. Микропроцессорные контроллеры координируют работу разных блоков и подсистем электростанции. Компьютеры, находящиеся в центральной диспетчерской, автоматически осуществляют пуск и останов паровых котлов и турбин, обрабатывая данные, поступающие более чем из 1000 разных точек электростанции. Автоматизированные системы управления (АСУ) следят за синхронностью работы всех электростанций энергосистемы и регулируют частоту и напряжение.
ДРУГИЕ ВИДЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Гидроэлектростанции. Около 23% электроэнергии во всем мире вырабатывают ГЭС. Они преобразуют кинетическую энергию падающей воды в механическую энергию вращения турбины, а турбина приводит во вращение электромашинный генератор тока. Самый крупный в мире гидроэнергоблок установлен в Итайпу на р. Парана, там, где она разделяет Парагвай и Бразилию. Его мощность равна 750 МВт. Всего на ГЭС в Итайпу установлено 18 таких блоков.
ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, использующая механическую энергию водотока. Плотина создает подпор воды в водохранилище, обеспечивающем постоянный подвод энергии. Вода истекает через водозабор, уровнем которого определяется скорость течения. Поток воды, вращая турбину, приводит во вращение электрогенератор. По высоковольтным ЛЭП электроэнергия передается на распределительные подстанции.
Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) оборудуются агрегатами (гидравлическими и электрическими машинами), которые по своей конструкции способны работать как в турбинном, так и в насосном режиме. В часы малых нагрузок ГАЭС, потребляя электроэнергию, перекачивает воду из низового водоема в верховой, а в часы повышенных нагрузок в энергосистеме использует запасенную воду для выработки пиковой энергии. Время пуска и смены режимов составляет несколько минут.
См. также ГИДРОЭНЕРГЕТИКА.
Газотурбинные установки. ГТУ довольно широко применяются на малых электростанциях, принадлежащих муниципалитетам или промышленным предприятиям, а также в качестве "пиковых" (резервных) блоков - на крупных электростанциях. В камерах сгорания ГТУ сжигается мазут или природный газ, и высокотемпературный газ высокого давления воздействует на рабочие колеса турбины примерно так же, как и пар в паровой турбине. Вращающийся ротор газовой турбины приводит во вращение электрогенератор, а также воздушный компрессор, который подводит к камере сгорания воздух, необходимый для горения. Примерно 2/3 энергии поглощается компрессором; горячие выхлопные газы после турбины выводятся в дымовую трубу. По этой причине КПД газотурбинных установок не очень высок, но зато малы и капитальные затраты в сравнении с паровыми турбинами той же мощности. Если ГТУ используется на протяжении лишь нескольких часов в году в периоды пиковой нагрузки, то высокие эксплуатационные расходы компенсируются низкими капитальными, так что применение ГТУ для обеспечения до 10% полной выходной мощности электростанции оказывается экономически целесообразным. В комбинированных парогазотурбинных энергетических установках (ПГУ) высокотемпературные выхлопные газы газовой турбины направляются не в дымовую трубу, а в котел-утилизатор, который вырабатывает пар для паровой турбины. КПД такой установки выше, чем у лучшей паровой турбины, взятой отдельно (около 36%).
Электростанции с ДВС. На электростанциях, принадлежащих муниципалитетам и промышленным предприятиям, для привода электрогенераторов часто применяются дизельные и бензиновые двигатели внутреннего сгорания.
См. также ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ. У двигателей внутреннего сгорания низкий КПД, что связано со спецификой их термодинамического цикла, но этот недостаток компенсируется низкими капитальными расходами. Мощность самых больших дизелей составляет около 5 МВт. Их преимуществом являются малые размеры, позволяющие с удобством располагать их рядом с электропотребляющей системой в хозяйстве муниципалитета или на заводе. Они не требуют больших количеств воды, так как не приходится конденсировать выхлопные газы; достаточно охлаждать цилиндры и смазочное масло. На установках с большим числом дизелей или бензиновых двигателей их выхлопные газы собираются в коллектор и направляются на парогенератор, что существенно повышает общий КПД.
Атомные электростанции. На АЭС электроэнергия вырабатывается так же, как и на обычных ТЭС, сжигающих ископаемое топливо, - посредством электромашинных генераторов, приводимых во вращение паровыми турбинами. Но пар здесь получается за счет деления изотопов урана или плутония в ходе управляемой цепной реакции, протекающей в ядерном реакторе. Теплоноситель, циркулирующий через охлаждающий тракт активной зоны реактора, отводит выделяющуюся теплоту реакции и непосредственно либо через теплообменники используется для получения пара, который подается на турбины.
АЭС в Блейяре (Франция).
Капитальные расходы на строительство АЭС крайне велики по сравнению с расходами на электростанции, сжигающие ископаемое топливо, той же мощности: в США в среднем около 3000 долл./кВт, тогда как для ТЭС на угле - 600 долл./кВт. Но АЭС потребляет очень малые количества ядерного топлива, а это может оказаться весьма существенным для стран, которым иначе пришлось бы импортировать обычное топливо. См. также
СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ. Солнечные, ветровые, геотермальные электростанции. Солнечная энергия преобразуется непосредственно в электроэнергию полупроводниковыми фотоэлектрическими генераторами тока, но капитальные затраты на эти преобразователи и их установку таковы, что стоимость установленной мощности оказывается в несколько раз выше, чем на ТЭС. Существует ряд крупных действующих гелиоэлектростанций; самая крупная из них, мощностью 1 МВт, находится в Лос-Анджелесе (шт. Калифорния). Коэффициент преобразования составляет 12-15%. Солнечную радиацию можно также использовать для выработки электроэнергии, концентрируя солнечные лучи при помощи большой системы зеркал, управляемой компьютером, на парогенераторе, установленном в ее центре на башне. Опытная установка такого рода мощностью 10 МВт была построена в шт. Нью-Мексико. Гелиоэлектростанции в США вырабатывают около 6,5 млн. кВтЧч в год. Создатели ветровых электростанций мощностью 4 МВт, построенных в США, встретились с многочисленными трудностями из-за их сложности и больших размеров. В штате Калифорния был построен ряд "ветровых полей" с сотнями малых ветровых турбин, включенных в местную энергосистему. Ветровые электростанции окупаются только при условии, что скорость ветра больше 19 км/ч, а ветры дуют более или менее постоянно. К сожалению, они очень шумны и поэтому не могут располагаться вблизи населенных пунктов.
См. также ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ. Геотермальная электроэнергетика рассматривается в статье
ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Электроэнергия, вырабатываемая генератором, отводится к повышающему трансформатору по массивным жестким медным или алюминиевым проводникам, называемым шинами. Шина каждой из трех фаз (см. выше) изолируется в отдельной металлической оболочке, которая иногда заполняется изолирующим элегазом (гексафторидом серы). Трансформаторы повышают напряжение до значений, необходимых для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния.
См. также ТРАНСФОРМАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ. Генераторы, трансформаторы и шины соединены между собой через отключающие аппараты высокого напряжения - ручные и автоматические выключатели, позволяющие изолировать оборудование для ремонта или замены и защищающие его от токов короткого замыкания. Защита от токов короткого замыкания обеспечивается автоматическими выключателями. В масляных выключателях дуга, возникающая при размыкании контактов, гасится в масле. В воздушных выключателях дуга выдувается сжатым воздухом или применяется "магнитное дутье". В новейших выключателях для гашения дуги используются изолирующие свойства элегаза. Для ограничения силы токов короткого замыкания, которые могут возникать при авариях на ЛЭП, применяются электрические реакторы. Реактор представляет собой катушку индуктивности с несколькими витками массивного проводника, включаемую последовательно между источником тока и нагрузкой. Он понижает силу тока до уровня, допустимого для автоматического выключателя. С экономической точки зрения, наиболее целесообразным, на первый взгляд, представляется открытое расположение большей части высоковольтных шин и высоковольтного оборудования электростанции. Тем не менее все чаще применяется оборудование в металлических кожухах с элегазовой изоляцией. Такое оборудование необычайно компактно и занимает в 20 раз меньше места, нежели эквивалентное открытое. Это преимущество весьма существенно в тех случаях, когда велика стоимость земельного участка или когда требуется нарастить мощность существующего закрытого распредустройства. Кроме того, более надежная защита желательна там, где оборудование может быть повреждено из-за сильной загрязненности воздуха. Для передачи электроэнергии на расстояние используются воздушные и кабельные линии электропередачи, которые вместе с электрическими подстанциями образуют электросети. Неизолированные провода воздушных ЛЭП подвешиваются с помощью изоляторов на опорах. Подземные кабельные ЛЭП широко применяются при сооружении электросетей на территории городов и промышленных предприятий. Номинальное напряжение воздушных ЛЭП - от 1 до 750 кВ, кабельных - от 0,4 до 500 кВ.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
На трансформаторных подстанциях напряжение последовательно понижается до уровня, необходимого для распределения по центрам электропотребления и в конце концов по отдельным потребителям. Высоковольтные ЛЭП через автоматические выключатели присоединяются к сборной шине распределительной подстанции. Здесь напряжение понижается до значений, установленных для магистральной сети, разводящей электроэнергию по улицам и дорогам. Напряжение магистральной сети может составлять от 4 до 46 кВ.
ТРАНСФОРМАТОРНАЯ ПОДСТАНЦИЯ близ Бергена (Норвегия).
На трансформаторных подстанциях магистральной сети энергия ответвляется в распределительную сеть. Сетевое напряжение для бытовых и коммерческих потребителей составляет от 120 до 240 В. Крупные промышленные потребители могут получать электроэнергию с напряжением до 600 В, а также с более высоким напряжением - по отдельной линии от подстанции. Распределительная (воздушная или кабельная) сеть может быть организована по звездной, кольцевой или комбинированной схеме в зависимости от плотности нагрузки и других факторов. Сети ЛЭП соседних электроэнергетических компаний общего пользования объединяются в единую сеть.
ЛИТЕРАТУРА
Энергетика. Киев, 1971 Долгов П.П. и др. Электроэнергетический комплекс. Харьков, 1985 Веников В.В., Путятин Е.В. Введение в специальность: Электроэнергетика. М., 1988
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ - измерение электрических величин, таких, как напряжение, сопротивление, сила тока, мощность. Измерения производятся с помощью различных средств - измерительных приборов, схем и специальных устройств. Тип измерительного прибора зависит от вида и размера (диапазона значений) измеряемой величины, а также от требуемой точности измерения. В электрических измерениях используются основные единицы системы СИ: вольт (В), ом (Ом), фарада (Ф), генри (Г), ампер (А) и секунда (с).
ЭТАЛОНЫ ЕДИНИЦ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Электрическое измерение - это нахождение (экспериментальными методами) значения физической величины, выраженного в соответствующих единицах (например, 3 А, 4 В). Значения единиц электрических величин определяются международным соглашением в соответствии с законами физики и единицами механических величин. Поскольку "поддержание" единиц электрических величин, определяемых международными соглашениями, сопряжено с трудностями, их представляют "практическими" эталонами единиц электрических величин. Такие эталоны поддерживаются государственными метрологическими лабораториями разных стран. Например, в США юридическую ответственность за поддержание эталонов единиц электрических величин несет Национальный институт стандартов и технологии. Время от времени проводятся эксперименты по уточнению соответствия между значениями эталонов единиц электрических величин и определениями этих единиц. В 1990 государственные метрологические лаборатории промышленно развитых стран подписали соглашение о согласовании всех практических эталонов единиц электрических величин между собой и с международными определениями единиц этих величин. Электрические измерения проводятся в соответствии с государственными эталонами единиц напряжения и силы постоянного тока, сопротивления постоянному току, индуктивности и емкости. Такие эталоны представляют собой устройства, имеющие стабильные электрические характеристики, или установки, в которых на основе некоего физического явления воспроизводится электрическая величина, вычисляемая по известным значениям фундаментальных физических констант.
Эталоны ватта и ватт-часа не поддерживаются, так как более целесообразно вычислять значения этих единиц по определяющим уравнениям, связывающим их с единицами других величин. См. также ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Электроизмерительные приборы чаще всего измеряют мгновенные значения либо электрических величин, либо неэлектрических, преобразованных в электрические. Все приборы делятся на аналоговые и цифровые. Первые обычно показывают значение измеряемой величины посредством стрелки, перемещающейся по шкале с делениями. Вторые снабжены цифровым дисплеем, который показывает измеренное значение величины в виде числа. Цифровые приборы в большинстве измерений более предпочтительны, так как они более точны, более удобны при снятии показаний и, в общем, более универсальны. Цифровые универсальные измерительные приборы ("мультиметры") и цифровые вольтметры применяются для измерения со средней и высокой точностью сопротивления постоянному току, а также напряжения и силы переменного тока. Аналоговые приборы постепенно вытесняются цифровыми, хотя они еще находят применение там, где важна низкая стоимость и не нужна высокая точность. Для самых точных измерений сопротивления и полного сопротивления (импеданса) существуют измерительные мосты и другие специализированные измерители. Для регистрации хода изменения измеряемой величины во времени применяются регистрирующие приборы - ленточные самописцы и электронные осциллографы, аналоговые и цифровые.
ЦИФРОВЫЕ ПРИБОРЫ
Во всех цифровых измерительных приборах (кроме простейших) используются усилители и другие электронные блоки для преобразования входного сигнала в сигнал напряжения, который затем преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Число, выражающее измеренное значение, выводится на светодиодный (СИД), вакуумный люминесцентный или жидкокристаллический (ЖК) индикатор (дисплей). Прибор обычно работает под управлением встроенного микропроцессора, причем в простых приборах микропроцессор объединяется с АЦП на одной интегральной схеме. Цифровые приборы хорошо подходят для работы с подключением к внешнему компьютеру. В некоторых видах измерений такой компьютер переключает измерительные функции прибора и дает команды передачи данных для их обработки.
Аналого-цифровые преобразователи. Существуют три основных типа АЦП: интегрирующий, последовательного приближения и параллельный. Интегрирующий АЦП усредняет входной сигнал по времени. Из трех перечисленных типов это самый точный, хотя и самый "медленный". Время преобразования интегрирующего АЦП лежит в диапазоне от 0,001 до 50 с и более, погрешность составляет 0,1-0,0003%. Погрешность АЦП последовательного приближения несколько больше (0,4-0,002%), но зато время преобразования - от ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ10мкс до ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ1 мс. Параллельные АЦП - самые быстродействующие, но и наименее точные: их время преобразования порядка 0,25 нс, погрешность - от 0,4 до 2%.
Методы дискретизации. Сигнал дискретизируется по времени путем быстрого измерения его в отдельные моменты времени и удержания (сохранения) измеренных значений на время преобразования их в цифровую форму. Последовательность полученных дискретных значений может выводиться на дисплей в виде кривой, имеющей форму сигнала; возводя эти значения в квадрат и суммируя, можно вычислять среднеквадратическое значение сигнала; их можно использовать также для вычисления времени нарастания, максимального значения, среднего по времени, частотного спектра и т.д. Дискретизация по времени может производиться либо за один период сигнала ("в реальном времени"), либо (с последовательной или произвольной выборкой) за ряд повторяющихся периодов.
Цифровые вольтметры и мультиметры. Цифровые вольтметры и мультиметры измеряют квазистатическое значение величины и указывают его в цифровой форме. Вольтметры непосредственно измеряют только напряжение, обычно постоянного тока, а мультиметры могут измерять напряжение постоянного и переменного тока, силу тока, сопротивление постоянному току и иногда температуру. Эти самые распространенные контрольно-измерительные приборы общего назначения с погрешностью измерения от 0,2 до 0,001% могут иметь 3,5- или 4,5-значный цифровой дисплей. "Полуцелый" знак (разряд) - это условное указание на то, что дисплей может показывать числа, выходящие за пределы номинального числа знаков. Например, 3,5-значный (3,5-разрядный) дисплей в диапазоне 1-2 В может показывать напряжение до 1,999 В.
Измерители полных сопротивлений. Это специализированные приборы, измеряющие и показывающие емкость конденсатора, сопротивление резистора, индуктивность катушки индуктивности или полное сопротивление (импеданс) соединения конденсатора или катушки индуктивности с резистором. Имеются приборы такого типа для измерения емкости от 0,00001 пФ до 99,999 мкФ, сопротивления от 0,00001 Ом до 99,999 кОм и индуктивности от 0,0001 мГ до 99,999 Г. Измерения могут проводиться на частотах от 5 Гц до 100 МГц, хотя ни один прибор не перекрывает всего диапазона частот. На частотах, близких к 1 кГц, погрешность может составлять лишь 0,02%, но точность снижается вблизи границ диапазонов частоты и измеряемых значений. Большинство приборов могут показывать также производные величины, такие, как добротность катушки или коэффициент потерь конденсатора, вычисляемые по основным измеренным значениям.
АНАЛОГОВЫЕ ПРИБОРЫ
Для измерения напряжения, силы тока и сопротивления на постоянном токе применяются аналоговые магнитоэлектрические приборы с постоянным магнитом и многовитковой подвижной частью. Такие приборы стрелочного типа характеризуются погрешностью от 0,5 до 5%. Они просты и недороги (пример - автомобильные приборы, показывающие ток и температуру), но не применяются там, где требуется сколько-нибудь значительная точность.
Магнитоэлектрические приборы. В таких приборах используется сила взаимодействия магнитного поля с током в витках обмотки подвижной части, стремящаяся повернуть последнюю. Момент этой силы уравновешивается моментом, создаваемым противодействующей пружиной, так что каждому значению тока соответствует определенное положение стрелки на шкале. Подвижная часть имеет форму многовитковой проволочной рамки с размерами от 3ґ5 до 25ґ35 мм и делается как можно более легкой. Подвижная часть, установленная на каменных подшипниках или подвешенная на металлической ленточке, помещается между полюсами сильного постоянного магнита. Две спиральные пружинки, уравновешивающие крутящий момент, служат также токопроводами обмотки подвижной части. Магнитоэлектрический прибор реагирует на ток, проходящий по обмотке его подвижной части, а потому представляет собой амперметр или, точнее, миллиамперметр (так как верхний предел диапазона измерений не превышает примерно 50 мА). Его можно приспособить для измерения токов большей силы, присоединив параллельно обмотке подвижной части шунтирующий резистор с малым сопротивлением, чтобы в обмотку подвижной части ответвлялась лишь малая доля полного измеряемого тока. Такое устройство пригодно для токов, измеряемых многими тысячами ампер. Если последовательно с обмоткой присоединить добавочный резистор, то прибор превратится в вольтметр. Падение напряжения на таком последовательном соединении равно произведению сопротивления резистора на ток, показываемый прибором, так что его шкалу можно проградуировать в вольтах. Чтобы сделать из магнитоэлектрического миллиамперметра омметр, нужно присоединять к нему последовательно измеряемые резисторы и подавать на это последовательное соединение постоянное напряжение, например от батареи питания. Ток в такой схеме не будет пропорционален сопротивлению, а потому необходима специальная шкала, корректирующая нелинейность. Тогда можно будет производить по шкале прямой отсчет сопротивления, хотя и с не очень высокой точностью.
Гальванометры. К магнитоэлектрическим приборам относятся и гальванометры - высокочувствительные приборы для измерения крайне малых токов. В гальванометрах нет подшипников, их подвижная часть подвешена на тонкой ленточке или нити, используется более сильное магнитное поле, а стрелка заменена зеркальцем, приклеенным к нити подвеса (рис. 1). Зеркальце поворачивается вместе с подвижной частью, а угол его поворота оценивается по смещению отбрасываемого им светового зайчика на шкале, установленной на расстоянии около 1 м. Самые чувствительные гальванометры способны давать отклонение по шкале, равное 1 мм, при изменении тока всего лишь на 0,00001 мкА.
Рис. 1. ЗЕРКАЛЬНЫЙ ГАЛЬВАНОМЕТР измеряет ток, проходящий через обмотку его подвижной части, помещенной в магнитное поле, по отклонению светового зайчика. 1 - подвес; 2 - зеркальце; 3 - зазор; 4 - постоянный магнит; 5 - обмотка подвижной части; 6 - пружинка подвеса.
РЕГИСТРИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ
Регистрирующие приборы записывают "историю" изменения значения измеряемой величины. К таким приборам наиболее распространенных типов относятся ленточные самописцы, записывающие пером кривую изменения величины на диаграммной бумажной ленте, аналоговые электронные осциллографы, развертывающие кривую процесса на экране электронно-лучевой трубки, и цифровые осциллографы, запоминающие однократные или редко повторяющиеся сигналы. Основное различие между этими приборами - в скорости записи. Ленточные самописцы с их движущимися механическими частями наиболее подходят для регистрации сигналов, изменяющихся за секунды, минуты и еще медленнее. Электронные осциллографы же способны регистрировать сигналы, изменяющиеся за время от миллионных долей секунды до нескольких секунд.
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОСТЫ
Измерительный мост - это обычно четырехплечая электрическая цепь, составленная из резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, предназначенная для определения отношения параметров этих компонентов. К одной паре противоположных полюсов цепи подключается источник питания, а к другой - нуль-детектор. Измерительные мосты применяются только в тех случаях, когда требуется наивысшая точность измерения. (Для измерений со средней точностью лучше пользоваться цифровыми приборами, поскольку они проще в обращении.) Наилучшие трансформаторные измерительные мосты переменного тока характеризуются погрешностью (измерения отношения) порядка 0,0000001%. Простейший мост для измерения сопротивления носит имя своего изобретателя Ч.Уитстона.
Двойной измерительный мост постоянного тока. К резистору трудно подсоединить медные провода, не привнеся при этом сопротивления контактов порядка 0,0001 Ом и более. В случае сопротивления 1 Ом такой токоподвод вносит ошибку порядка всего лишь 0,01%, но для сопротивления 0,001 Ом ошибка будет составлять 10%. Двойной измерительный мост (мост Томсона), схема которого представлена на рис. 2, предназначен для измерения сопротивления эталонных резисторов малого номинала. Сопротивление таких четырехполюсных эталонных резисторов определяют как отношение напряжения на их потенциальных зажимах (р1, р2 резистора Rs и р3, p4 резистора Rx на рис. 2) к току через их токовые зажимы (с1, с2 и с3, с4). При такой методике сопротивление присоединительных проводов не вносит ошибки в результат измерения искомого сопротивления. Два дополнительных плеча m и n исключают влияние соединительного провода 1 между зажимами с2 и с3. Сопротивления m и n этих плеч подбирают так, чтобы выполнялось равенство M/m = N/n. Затем, изменяя сопротивление Rs, сводят разбаланс к нулю и находят Rx = Rs(N /M).
Рис. 2. ДВОЙНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ (мост Томсона) - более точный вариант моста Уитстона, пригодный для измерения сопротивления четырехполюсных эталонных резисторов в области микроом.
Измерительные мосты переменного тока. Наиболее распространенные измерительные мосты переменного тока рассчитаны на измерения либо на сетевой частоте 50-60 Гц, либо на звуковых частотах (обычно вблизи 1000 Гц); специализированные же измерительные мосты работают на частотах до 100 МГц. Как правило, в измерительных мостах переменного тока вместо двух плеч, точно задающих отношение напряжений, используется трансформатор. К исключениям из этого правила относится измерительный мост Максвелла - Вина.
Измерительный мост Максвелла - Вина. Такой измерительный мост позволяет сравнивать эталоны индуктивности (L) с эталонами емкости на не известной точно рабочей частоте. Эталоны емкости применяются в измерениях высокой точности, поскольку они конструктивно проще прецизионных эталонов индуктивности, более компактны, их легче экранировать, и они практически не создают внешних электромагнитных полей. Условия равновесия этого измерительного моста таковы: Lx = R2R3C1 и Rx = (R2R3) /R1 (рис. 3). Мост уравновешивается даже в случае "нечистого" источника питания (т.е. источника сигнала, содержащего гармоники основной частоты), если величина Lx не зависит от частоты.
Рис. 3. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ МАКСВЕЛЛА - ВИНА для сравнения параметров эталонных катушек индуктивности (L) и конденсаторов (C).
Трансформаторный измерительный мост. Одно из преимуществ измерительных мостов переменного тока - простота задания точного отношения напряжений посредством трансформатора. В отличие от делителей напряжения, построенных из резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности, трансформаторы в течение длительного времени сохраняют постоянным установленное отношение напряжений и редко требуют повторной калибровки. На рис. 4 представлена схема трансформаторного измерительного моста для сравнения двух однотипных полных сопротивлений. К недостаткам трансформаторного измерительного моста можно отнести то, что отношение, задаваемое трансформатором, в какой-то степени зависит от частоты сигнала. Это приводит к необходимости проектировать трансформаторные измерительные мосты лишь для ограниченных частотных диапазонов, в которых гарантируется паспортная точность.
Рис. 4. ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ переменного тока для сравнения однотипных полных сопротивлений.
Заземление и экранирование. Измерительные мосты необходимо тщательно заземлять и экранировать, чтобы паразитные емкости между разными частями схемы моста не вносили ошибку уравновешивания.
Типичные нуль-детекторы. В измерительных мостах переменного тока чаще всего применяются нуль-детекторы двух типов. Нуль-детектор одного из них представляет собой резонансный усилитель с аналоговым выходным прибором, показывающим уровень сигнала. Нуль-детектор другого типа - это фазочувствительный детектор, который разделяет сигнал разбаланса на активную и реактивную составляющие и пригоден в тех случаях, когда требуется точно уравновешивать только одну из неизвестных составляющих (скажем, индуктивность L, но не сопротивление R катушки индуктивности).
ИЗМЕРЕНИЕ СИГНАЛОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
В случае изменяющихся во времени сигналов переменного тока обычно требуется измерять некоторые их характеристики, связанные с мгновенными значениями сигнала. Чаще всего желательно знать среднеквадратические (эффективные) значения электрических величин переменного тока, поскольку мощности нагревания при напряжении 1 В постоянного тока соответствует мощность нагревания при напряжении 1 В (эфф.) переменного тока. Наряду с этим могут представлять интерес и другие величины, например максимальное или среднее абсолютное значение. Среднеквадратическое (эффективное) значение напряжения (или силы) переменного тока определяется как корень квадратный из усредненного по времени квадрата напряжения (или силы тока):
где Т - период сигнала Y(t). Максимальное значение Yмакс - это наибольшее мгновенное значение сигнала, а среднее абсолютное значение YAA - абсолютное значение, усредненное по времени. При синусоидальной форме колебаний Yэфф = 0,707Yмакс и YAA = 0,637Yмакс.
Измерение напряжения и силы переменного тока. Почти все приборы для измерения напряжения и силы переменного тока показывают значение, которое предлагается рассматривать как эффективное значение входного сигнала. Однако в дешевых приборах зачастую на самом деле измеряется среднее абсолютное или максимальное значение сигнала, а шкала градуируется так, чтобы показание соответствовало эквивалентному эффективному значению в предположении, что входной сигнал имеет синусоидальную форму. Не следует упускать из виду, что точность таких приборов крайне низка, если сигнал несинусоидален. Приборы, способные измерять истинное эффективное значение сигналов переменного тока, могут быть основаны на одном из трех принципов: электронного умножения, дискретизации сигнала или теплового преобразования. Приборы, основанные на первых двух принципах, как правило, реагируют на напряжение, а тепловые электроизмерительные приборы - на ток. При использовании добавочных и шунтовых резисторов всеми приборами можно измерять как ток, так и напряжение.
Электронное умножение. Возведение в квадрат и усреднение по времени входного сигнала в некотором приближении осуществляются электронными схемами с усилителями и нелинейными элементами для выполнения таких математических операций, как нахождение логарифма и антилогарифма аналоговых сигналов. Приборы такого типа могут иметь погрешность порядка всего лишь 0,009%.
Дискретизация сигнала. Сигнал переменного тока преобразуется в цифровую форму с помощью быстродействующего АЦП. Дискретизированные значения сигнала возводятся в квадрат, суммируются и делятся на число дискретных значений в одном периоде сигнала. Погрешность таких приборов составляет 0,01-0,1%.
Тепловые электроизмерительные приборы. Наивысшую точность измерения эффективных значений напряжения и тока обеспечивают тепловые электроизмерительные приборы. В них используется тепловой преобразователь тока в виде небольшого откачанного стеклянного баллончика с нагревательной проволочкой (длиной 0,5-1 см), к средней части которой крохотной бусинкой прикреплен горячий спай термопары. Бусинка обеспечивает тепловой контакт и одновременно электроизоляцию. При повышении температуры, прямо связанном с эффективным значением тока в нагревательной проволочке, на выходе термопары возникает термо-ЭДС (напряжение постоянного тока). Такие преобразователи пригодны для измерения силы переменного тока с частотой от 20 Гц до 10 МГц. На рис. 5 показана принципиальная схема теплового электроизмерительного прибора с двумя подобранными по параметрам тепловыми преобразователями тока. При подаче на вход схемы напряжения переменного тока Vас на выходе термопары преобразователя ТС1 возникает напряжение постоянного тока, усилитель А создает постоянный ток в нагревательной проволочке преобразователя ТС2, при котором термопара последнего дает такое же напряжение постоянного тока, и обычный прибор постоянного тока измеряет выходной ток.
Рис. 5. ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР для измерения эффективных значений напряжения и силы переменного тока.
С помощью добавочного резистора описанный измеритель тока можно превратить в вольтметр. Поскольку тепловые электроизмерительные приборы непосредственно измеряют токи лишь от 2 до 500 мА, для измерения токов большей силы необходимы резисторные шунты.
Измерение мощности и энергии переменного тока. Мощность, потребляемая нагрузкой в цепи переменного тока, равна среднему по времени произведению мгновенных значений напряжения и тока нагрузки. Если напряжение и ток изменяются синусоидально (как это обычно и бывает), то мощность Р можно представить в виде P = EI cosj, где Е и I - эффективные значения напряжения и тока, а j - фазовый угол (угол сдвига) синусоид напряжения и тока. Если напряжение выражается в вольтах, а ток в амперах, то мощность будет выражена в ваттах. Множитель cosj, называемый коэффициентом мощности, характеризует степень синхронности колебаний напряжения и тока. С экономической точки зрения, самая важная электрическая величина - энергия. Энергия W определяется произведением мощности на время ее потребления. В математической форме это записывается так:
Если время (t1 - t2) измеряется в секундах, напряжение е - в вольтах, а ток i - в амперах, то энергия W будет выражена в ватт-секундах, т.е. джоулях (1 Дж = 1 ВтЧс). Если же время измеряется в часах, то энергия - в ватт-часах. На практике электроэнергию удобнее выражать в киловатт-часах (1 кВт*ч = 1000 ВтЧч).
Счетчики электроэнергии с разделением времени. В счетчиках электроэнергии с разделением времени используется весьма своеобразный, но точный метод измерения электрической мощности. Такой прибор имеет два канала. Один канал представляет собой электронный ключ, который пропускает или не пропускает входной сигнал Y (или обращенный входной сигнал -Y) на фильтр нижних частот. Состоянием ключа управляет выходной сигнал второго канала с отношением временных интервалов "закрыто"/"открыто", пропорциональным его входному сигналу. Средний сигнал на выходе фильтра равен среднему по времени произведению двух входных сигналов. Если один входной сигнал пропорционален напряжению на нагрузке, а другой - току нагрузки, то выходное напряжение пропорционально мощности, потребляемой нагрузкой. Погрешность таких счетчиков промышленного изготовления составляет 0,02% на частотах до 3 кГц (лабораторных - порядка всего лишь 0,0001% при 60 Гц). Как приборы высокой точности они применяются в качестве образцовых счетчиков для поверки рабочих средств измерения.
Дискретизирующие ваттметры и счетчики электроэнергии. Такие приборы основаны на принципе цифрового вольтметра, но имеют два входных канала, дискретизирующих параллельно сигналы тока и напряжения. Каждое дискретное значение e(k), представляющее мгновенные значения сигнала напряжения в момент дискретизации, умножается на соответствующее дискретное значение i(k) сигнала тока, полученное в тот же момент времени. Среднее по времени таких произведений есть мощность в ваттах:
Сумматор, накапливающий произведения дискретных значений с течением времени, дает полную электроэнергию в ватт-часах. Погрешность счетчиков электроэнергии может составлять всего лишь 0,01%.
Индукционные счетчики электроэнергии. Индукционный счетчик представляет собой не что иное, как маломощный электродвигатель переменного тока с двумя обмотками - токовой и обмоткой напряжения. Проводящий диск, помещенный между обмотками, вращается под действием крутящего момента, пропорционального потребляемой мощности. Этот момент уравновешивается токами, наводимыми в диске постоянным магнитом, так что частота вращения диска пропорциональна потребляемой мощности. Число оборотов диска за то или иное время пропорционально полной электроэнергии, полученной за это время потребителем. Число оборотов диска считает механический счетчик, который показывает электроэнергию в киловатт-часах. Приборы такого типа широко применяются в качестве бытовых счетчиков электроэнергии. Их погрешность, как правило, составляет 0,5%; они отличаются большим сроком службы при любых допустимых уровнях тока.
ЛИТЕРАТУРА
Атамалян Э.Г. и др. Приборы и методы измерения электрических величин. М., 1982 Малиновский В.Н. и др. Электрические измерения. М., 1985 Авдеев Б.Я. и др. Основы метрологии и электрические измерения. Л., 1987
Электри́ческие о́рганы - группы видоизменённых мышечных, нервных или железистых клеток, дающих электрический разряд (до нескольких сотен вольт); органы защиты, нападения, внутривидовой сигнализации и ориентации в пространстве у многих рыб (электрические скаты, сомы, угри).
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ОРГАНЫ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЕ О́РГАНЫ, группы видоизмененных мышечных, нервных или железистых клеток, дающих электрический разряд (до нескольких сотен В); органы защиты, нападения, внутривидовой сигнализации и ориентации в пространстве у многих рыб (электрические скаты (см. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СКАТЫ), сомы, угри).
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ОРГАНЫ - группы видоизмененных мышечных, нервных или железистых клеток, дающих электрический разряд (до нескольких сотен В); органы защиты, нападения, внутривидовой сигнализации и ориентации в пространстве у многих рыб (электрические скаты, сомы, угри).
↑ (быть) в, плазма
искра, искровой разряд - мгновенный электрический разряд.
тлеющий разряд. кистевой разряд.
коронный разряд. корона.
дуговой разряд. электрическая дуга. вольтова дуга.
страты.
стриммер. стриммерный.
электролюминесценция.
↓ газотрон. тиратрон. неоновая лампа.
люминесцентная лампа.
кварцевая лампа.
дугогасительный (# устройство).
Электри́ческие ска́ты (гнюсообразные), отряд хрящевых рыб надотряда скатов. Имеют электрические органы. Длина до 1,8 м, масса до 90 кг. Более 30 видов, в Атлантическом, Тихом, Индийском океанах и в Средиземном море. В водах России не встречаются.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СКАТЫ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЕ СКА́ТЫ (Torpediniformes), отряд хрящевых рыб (см. ХРЯЩЕВЫЕ РЫБЫ). Объединяет 2 семейства и более 30 видов. Все виды имеют круглое тело, более мясистое, чем у других скатов, и достигают длины 2 м и массы 100 кг. Узкая хвостовая часть резко отделена от туловища. Имеется хвостовой плавник. Многие ярко окрашены. Отличаются от других хрящевых рыб электрическими органами, расположенными по бокам тела и образованными видоизмененной мышечной тканью. Они представляют собой собранные в стопки пластины (более 200 тысяч), способные накапливать заряд подобно гальванической (см. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ) батарее. Такая батарея работает за счет возникновения разности потенциалов между двумя поверхностями каждой пластинки. Эта разность может превышать 200 В при мощности в 2000 Вт. Большую часть времени скаты проводят на дне под тонким слоем песка, подкарауливая добычу, которую затем оглушают ударом тока. Электрические разряды применяются ими и в целях обороны. Существуют данные, что электрические скаты способны генерировать слабые электрические поля, реагирующие на приближение любых объектов. Размножаются яйцеживорождением (см. ЯЙЦЕЖИВОРОЖДЕНИЕ). К этому отряду относится и одна из самых миниатюрных хрящевых рыб - индийский электрический скат (Narke dipterygia), до 30 см в длину.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СКАТЫ (гнюсообразные) - отряд хрящевых рыб, надотряд скатов. Имеют электрические органы. Длина тела до 1,8 м, весят до 90 кг. Более 30 видов, в Атлантическом, Тихом, Индийском океанах и в Средиземном м. В водах России не встречаются.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ - совокупности соединенных определенным образом элементов и устройств, образующих путь для прохождения электрического тока. Теория цепей - раздел теоретической электротехники, в котором рассматриваются математические методы вычисления электрических величин. Многие из этих электрических величин определяются параметрами компонентов, составляющих цепи, - сопротивлениями резисторов, емкостями конденсаторов, индуктивностями катушек индуктивности, токами и напряжениями источников электрической энергии. Электрические цепи подразделяются на цепи постоянного тока и цепи переменного тока.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Ток. Сила электрического тока в проводе определяется как электрический заряд, проходящий через поперечное сечение провода за единицу времени. Заряд измеряется в кулонах; один кулон в секунду равен одному амперу. Направлением тока далее будем считать направление, в котором двигались бы положительные заряды. На самом деле ток в большинстве случаев создается движением электронов, которые, будучи заряжены отрицательно, движутся в направлении, противоположном принятому за направление тока. Ток неизменяющейся силы обозначается через I, а мгновенное значение изменяющегося тока - через i.
Потенциал. Если для перемещения заряда между двумя точками необходимо затратить энергию или если при перемещении заряда между двумя точками заряд приобретает энергию, то говорят, что в этих точках имеется разность потенциалов. Энергия необходима для перемещения заряда от более низкого потенциала к более высокому. На схемах рядом с точкой более высокого потенциала ставится знак +, а рядом с точкой более низкого - знак -. Батарея или генератор электрического тока - это устройство, которое сообщает энергию зарядам. Источник тока перемещает положительные заряды от меньшего потенциала к большему за счет химической энергии. Неизменяющаяся разность потенциалов обозначается через V, а мгновенное значение изменяющейся разности потенциалов - через e. Разность потенциалов на зажимах батареи или генератора называется электродвижущей силой (ЭДС) и обозначается через Eg, если она не изменяется, и через eg, если она переменна.
Разность потенциалов в двух точках a и b обозначается через Vab. Разность потенциалов и ЭДС измеряются в вольтах.
ТЕОРИЯ ЦЕПЕЙ
Цепь может представлять собой любую комбинацию батарей и генераторов, а также резистивных и реактивных элементов. Батареи и генераторы в теории цепей рассматриваются либо как источники напряжения (ЭДС) с определенным внутренним сопротивлением, либо как источники тока с определенной внутренней проводимостью. Цепь, не содержащая источников тока и напряжения, называется пассивной, а цепь с источниками тока или напряжения - активной. Целью анализа цепи является определение полного сопротивления (импеданса) между любыми двумя точками цепи и нахождение математического выражения для тока через любой элемент цепи или для напряжения на любом элементе цепи при любых заданных ЭДС источников напряжения и любых токах источников тока. Всякий замкнутый путь тока в цепи называется контуром. Узлом цепи называется всякая ее точка, в которой соединяются три или большее число ветвей цепи. На рис. 1 представлена цепь с двумя контурами. Стрелками I1, I2 и I3 показано предполагаемое направление токов в импедансах этих контуров. От токов не требуется, чтобы они были в фазе; но в простейшем случае, когда импедансы - сопротивления, решение уравнений относительно любого тока I будет отрицательным, если принято неправильное направление тока. Поэтому предполагаемое направление токов может быть любым. Принятые положительные и отрицательные потенциалы, соответствующие ЭДС источников напряжения, указаны знаками + и -. Следует иметь в виду, что напряжение на импедансе понижается в направлении тока и повышается в противоположном направлении. Это тоже указано знаками + и -.
Законы Кирхгофа. Зависимости между токами и напряжениями в электрической цепи устанавливаются на основании двух законов, сформулированных Г.Кирхгофом (1847): 1) алгебраическая сумма ЭДС источников напряжения и напряжений на элементах контура равна нулю и 2) алгебраическая сумма токов в каждом узле равна нулю.
Рис. 1. ПЕРВЫЙ ЗАКОН КИРХГОФА. Схема для вычисления напряжений при обходе контуров.
В первом законе Кирхгофа находит выражение то очевидное обстоятельство, что при полном обходе контура мы возвращаемся в исходную точку с тем же самым потенциалом. Второй закон Кирхгофа есть констатация того, что в узловой точке ток не может ни исчезать, ни возникать. Ток к узлу считается положительным, а ток от узла - отрицательным. Применив закон Кирхгофа для напряжений к двум контурам цепи, представленной на рис. 1 (и воспользовавшись законом Ома - выражением VZ = IZ для напряжения на импедансе Z, создаваемого током I), мы получим для контура 1 уравнение
а для контура 2 - уравнение
Применив закон Кирхгофа для токов к любому из узлов, получаем
Если ЭДС (Eg)1 и (Eg)2, а также импедансы известны, то из уравнений (1)-(3) можно вычислить все три тока. Контурные токи. В случае цепей с большим числом контуров метод контурных токов позволяет не записывать уравнения для токов, следующие из второго закона Кирхгофа. Для этого в той же цепи, что и раньше, представленной на рис. 2, принимают один ток для каждого контура. Как и прежде, направление токов выбирается произвольно. Закон Кирхгофа для напряжений дает для контура 1
а для контура 2
В напряжение на импедансе Z3, рассматриваемом как элемент одного контура, входит напряжение, обусловленное током другого контура: в уравнении (4) имеется слагаемое (-Z3I2), а в уравнении (5) - слагаемое (-Z3I1). Уравнения (4) и (5) можно было бы получить из уравнений (1)-(3), подставив в первые два ток I2 из третьего, но метод контурных токов приводит к тому же результату всего за два шага.
Рис. 2. МЕТОД КОНТУРНЫХ ТОКОВ упрощает получение тех же уравнений для токов, что и в случае рис. 1.
Принцип суперпозиции. Предположим, что в активной цепи в разных ее точках имеется несколько источников напряжения или тока. Согласно принципу суперпозиции, ток, создаваемый любым источником в любом элементе цепи, не зависит от других источников. Следовательно, полный ток в любом элементе равен сумме токов, создаваемых всеми источниками по отдельности. При вычислении тока, создаваемого каждым из источников напряжения или тока, другие источники напряжения заменяются их внутренними импедансами, а другие источники тока - их внутренними проводимостями.
Теорема Тевенена. Эта теорема, называемая также теоремой об эквивалентном источнике, утверждает, что любую активную цепь с двумя полюсами (зажимами) в установившемся режиме можно заменить источником напряжения с некоторым внутренним импедансом. ЭДС эквивалентного источника напряжения равна напряжению на полюсах ненагруженного заменяемого двухполюсника, а внутренний импеданс источника равен импедансу этого двухполюсника при ЭДС источников напряжения в нем, равных нулю. Рассмотрим, например, цепь, представленную на рис. 3. Эта активная цепь заменяется источником напряжения, ЭДС Egў и внутренний импеданс Zgў которого таковы:
ЭДС E'g есть напряжение на разомкнутых полюсах a и b, равное напряжению на Z1. Внутренний импеданс Z'g равен импедансу между точками a и b исходного двухполюсника, т.е. импедансу последовательного соединения Z2 с параллельно соединенными Z1 и Zg. Для любого элемента, присоединенного к полюсам a и b обоих двухполюсников, токи и напряжения будут одинаковы.
Рис. 3. ТЕОРЕМА ТЕВЕНЕНА. Внутренний импеданс Zg эквивалентного источника напряжения равен импедансу между полюсами a и b, который слагается из Z2 и параллельно соединенных друг с другом Z1 и Zg.
Теорема Нортона. Эта теорема, аналогичная теореме Тевенена, утверждает, что любой активный двухполюсник можно заменить эквивалентным источником тока с некоторой внутренней проводимостью. Ток эквивалентного источника равен току короткого замыкания между полюсами a и b исходного двухполюсника. Внутренняя проводимость эквивалентного источника тока определяется тем же, что и в теореме Тевенена, импедансом между полюсами двухполюсника, присоединенным параллельно источнику. На рис. 4
а импеданс Z'g дается выражением (7). Если полюса a и b исходного двухполюсника замкнуть накоротко, то источник напряжения с ЭДС Eg будет нагружен импедансом Zg и параллельным соединением импедансов Z1 и Z2, откуда и следует выражение (8).
Рис. 4. ТЕОРЕМА НОРТОНА. Позволяет заменить ту же цепь, что и на рис. 3, эквивалентным источником тока Ig с внутренней проводимостью, представленной параллельным импедансом Zg.
Преобразование Т-П. Часто требуется заменить Т-образный четырехполюсник П-образным или наоборот. Чтобы два таких четырехполюсника (рис. 5) были эквивалентны, должны быть одинаковы токи и напряжения между их полюсами при прочих равных условиях за пределами полюсов. Параметры цепи для преобразования Т - П таковы:
Формулы для преобразования П - Т имеют вид
Рис. 5. Т- И П-ОБРАЗНЫЙ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ эквивалентны при определенных соотношениях параметров (преобразования Т - П и П - Т).
Переходные процессы. Переходным называется процесс изменения электрических величин в цепи при ее переходе из одного установившегося режима в другой. При анализе переходных процессов ток, напряжение или заряд в некоторой точке цепи обычно представляют в виде функции времени. Рассмотрим цепь с источником напряжения (батареей с ЭДС Eg), представленную на рис. 6. После замыкания ключа сумма мгновенных значений напряжения на резисторе и конденсаторе должна быть равна Eg:
или, иначе,
Рис. 6. ПЕРЕХОДНЫЙ ПРОЦЕСС начинается при замыкании ключа (Eg - постоянная ЭДС батареи).
Поскольку i = dq/dt, уравнение (10) можно переписать в виде дифференциального уравнения
решение которого таково:
Соответствующий ток равен:
где e - основание натуральных логарифмов. На рис. 7 представлены графики изменения заряда конденсатора q и тока i во времени. В начальный момент (t = 0), когда ключ только замкнут, заряд конденсатора равен нулю, а ток равен Eg /R, как если бы конденсатора в цепи не было. Затем заряд конденсатора нарастает по экспоненте. Обусловленное зарядом напряжение на конденсаторе направлено навстречу ЭДС источника, и ток по экспоненте убывает до нуля. В момент замыкания ключа конденсатор эквивалентен короткому замыканию, а по истечении достаточно длительного времени (при t = беск.) - разрыву цепи.
Рис. 7. ПЕРЕХОДНЫЙ ПРОЦЕСС, зависимость заряда конденсатора q и тока через конденсатор i от времени t.
Постоянная времени RC-цепи определяется как время, за которое заряд достигает значения, на 1/e (36,8%) отличающегося от конечного значения. Она дается выражением
Аналогичные рассуждения можно провести для RL-цепи, представленной на рис. 8. Сумма мгновенных напряжений eR и eL должна быть равна Eg. Это условие записывается в виде дифференциального уравнения
решение которого таково:
Рис. 8. RL-ЦЕПЬ. Сумма мгновенных значений напряжений eR и eL должна быть равна Eg.
На рис. 9 решение (11) представлено в графической форме. Сразу же после замыкания ключа (при t = 0) ток начинает быстро увеличиваться, наводя большое напряжение на катушке индуктивности. Наведенное напряжение противодействует изменению тока. По мере того как нарастание тока замедляется, наведенное напряжение уменьшается. При t = Ґ ток не меняется, и наведенное напряжение равно нулю. Таким образом, в конце концов ток принимает значение, которое он имел бы, если бы в цепи не было катушки индуктивности. (При t = 0 катушка индуктивности эквивалентна разрыву цепи, а по истечении достаточно длительного времени - короткому замыканию.)
Рис. 9. ТОК В RL-ЦЕПИ, соответствует уравнению (11).
Постоянная времени RL-цепи определяется как время, за которое ток достигает значения, на 1/e отличающегося от конечного значения. Она дается выражением
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ
Мост Уитстона. Мост Уитстона - это схема электрической цепи для точного измерения сопротивлений на постоянном токе. Соответствующая принципиальная схема представлена на рис. 10, где измеряемое сопротивление обозначено через Rx. Остальные сопротивления известны, и их можно изменять. Если известные сопротивления подобрать так, чтобы высокочувствительный амперметр A показывал отсутствие тока, это означало бы, что потенциал точек b и c одинаков. В таком случае, обозначив ток через резисторы R1 и R3 символом I1, а ток через R2 и Rx - символом I2, можно записать
Поделив равенство (13) на (12) и решив полученное уравнение относительно Rx, находим
Рис. 10. МОСТ УИТСТОНА для измерения сопротивлений.
Схемой моста Уитстона можно пользоваться и для измерения полных сопротивлений (импедансов) на переменном токе. Для этого нужно вместо батареи взять источник напряжения переменного тока, а амперметр A заменить детектором переменного тока. Анализ схемы проводится аналогично, но в комплексных обозначениях.
Интегрирующая и дифференцирующая цепи. Дифференцирующей будет при некоторых приближенно выполняющихся условиях цепь рис. 6, если в ней источником напряжения является генератор напряжения e(t), зависящего от времени. Тогда уравнение (10) будет иметь вид
При малых R и C слагаемым iR можно пренебречь по сравнению с q/C:
что дает
Это эквивалентно требованию, чтобы постоянная времени RC была мала по сравнению с периодом напряжения e(t). Если такое условие выполняется, то напряжение на резисторе дается выражением
т.е. величина eR пропорциональна производной входного напряжения. Если постоянная времени велика, а напряжение снимается с конденсатора, то эта цепь будет интегрирующей. В таком случае в уравнении (14) можно пренебречь величиной q/C по сравнению с iR, так что
или
Поскольку C = dq/dt, а q = 8 idt, напряжение на конденсаторе можно записать в виде
т.е. напряжение eC пропорционально интегралу входного напряжения.
Фильтры. Фильтры - это электрические цепи, пропускающие лишь определенные частоты и задерживающие все остальные. Идеальный фильтр верхних частот имеет полосу пропускания выше заданной "частоты среза" и полосу задерживания для более низких частот. Полосовой фильтр имеет полосу пропускания, расположенную между двумя заданными частотами среза. Общая схема включения фильтра показана на рис. 11. В качестве примера на рис. 12,a представлен фильтр нижних частот, включенный между генератором и нагрузкой R. На низких частотах импеданс катушек индуктивности мал, а конденсатора - велик, и почти весь ток проходит через нагрузку R. На высоких частотах импеданс катушек индуктивности велик, из-за чего снижается ток, а импеданс конденсатора мал, так что он как бы замыкает накоротко цепь малого тока, проходящего через первую катушку индуктивности. Справа на рис. 12,a представлен график зависимости отношения E2 /(Eg /2) от частоты, деленной на частоту среза. Как нетрудно видеть, в области высоких частот сигнал быстро затухает. Однако реальная частотная характеристика заметно отличается от характеристики (с резким частотным срезом) идеального фильтра нижних частот. На рис. 12,б и в представлены схемы полосового фильтра и фильтра верхних частот с соответствующими частотными характеристиками.
Рис. 11. ФИЛЬТР для выделения определенных частот из выходного сигнала генератора.
Рис. 12. ФИЛЬТРЫ. a - фильтр нижних частот; б - полосовой фильтр; в - фильтр верхних частот. Слева - типичные схемы, справа - соответствующие частотные характеристики.
ЛИТЕРАТУРА
Зевеке Г.В. и др. Основы теории цепей. М., 1975 Татур Г.А. Основы теории электрических цепей. М., 1980 Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: электрические цепи. М., 1984
Электри́ческие часы́ (электромеханические часы), работают от источника электрический энергии, который через контакты, управляемые маятником или балансом, периодически подключается к электроприводу стрелок.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЧАСЫ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЕ ЧАСЫ́ (электромеханические часы), работают от источника электрической энергии, который через контакты, управляемые маятником или балансом, периодически подключается к электроприводу стрелок.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ часы (электромеханические часы) - работают от источника электрической энергии, который через контакты, управляемые маятником или балансом, периодически подключается к электроприводу стрелок.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЧАСЫ - часы, ход которых обусловливается электрич. током, соединяющим их с другими часами («нормальными»), так что они совершенно друг с другом согласуются.
прил.
1. соотн. с сущ. электричество, связанный с ним
отт. Возбуждаемый электричеством.
отт. Порождающий электричество.
2. Свойственный электричеству, характерный для него.
3. Действующий при помощи электричества.
отт. Производимый электричеством, получаемый от электричества.
4. Служащий для производства аппаратуры, машин и т.п., действующих с применением электричества [электричество 2.].
5. Связанный с использованием электричества [электричество 2.].
ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ - прил., употр. сравн. часто
1. Электрическая энергия - это энергия, которая используется людьми для освещения и обогрева жилых, производственных и других помещений.
Меры по снижению тарифов на электрическую энергию.
2. Электрические явления - это природные явления, которые сопровождаются сильным выходом электрической энергии (например, молния и т. д.).
Наблюдение электромагнитных и электрических явлений в образцах горных пород при нагревании.
3. Электрическим током называется поток электричества, который идёт по проводу, кабелю, цепи и т. д.
Напряжение, мощность электрического тока.
4. Если какой-то прибор вырабатывает, передаёт, преобразовывает электричество, то он называется электрическим.
Электрический привод, генератор, трансформатор. | Электрическая станция, сеть.
5. Электрическим называется какой-либо прибор, если он предназначен для измерения, отсчёта количества расходуемой людьми электроэнергии.
Электрический счётчик.
6. Электрический свет - это искусственное освещение помещения или открытого пространства с помощью электрических ламп.
По мнению художников, электрический свет холоден и представляет мало экспрессии.
7. Если какой-то бытовой прибор действует при помощи электричества, то он называется электрическим.
Электрический двигатель, масляный обогреватель, утюг. | Электрическая печь, пила. | Электрическое одеяло. | Спираль электрической плитки, по которой идёт ток, нагревается.
8. В США электрическим стулом называется приспособление, которое используется для смертной казни преступника с помощью электрического тока высокого напряжения.
Казнить убийцу на электрическом стуле.
9. Если какой-то процесс, вид человеческой деятельности осуществляется с помощью электричества, то он называется электрическим.
Электрическое доение. | Электрическая стрижка. | Электрический лов. | Электрическая сварка металлов.
10. Электрическим называют устройство, которое служит для подключения или отключения электрической энергии.
Электрическая розетка. | Электрический выключатель.
11. Электрическими называют рыб и морских животных, у которых есть орган, производящий болезненные для окружающих электрические импульсы, разряды электричества.
Электрический скат. | Электрический угорь.
ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ, электрическая, электрическое.
1. прил. к электричество. Электрический ток. Электрическая энергия. Электрический заряд. Электрический разряд.
|| Возбуждающий, производящий электричество. Электрическая машина. Электрическая станция.
|| Служащий для передачи, движения электрического тока. Электрическая проводка. Электрическая сеть.
|| прил., по знач. связанное с электрическим разрядом, который производится органами некоторых животных (зоол.). Электрические органы (дающие такой разряд). Электрические рыбы (имеющие такие органы). Электрический скат. Электрический угорь.
2. Производимый электричеством, получаемый от электричества. Электрический свет.
|| Действующий при помощи электричества, силой электричества. Электрическое освещение. Электрическая лампочка. Электрический звонок. Электрический утюг. Электрический трамвай. Электрический поезд. Электрический привод. Электрический стул (орудие смертной казни в США).
ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ -ая, -ое.
1. к Электри́чество (1-2 зн.). Э-ие явления. Э. ток. Э-ая ёмкость (характеристика проводника, количественная мера его способности удерживать электрический заряд). Э. заряд (одна из характеристик частиц и тел, определяющая их взаимодействие с внешним электромагнитным полем; их взаимосвязь с собственным электромагнитным полем). Э-ая мощность (величина, характеризующая скорость передачи электроэнергии).
2. Вырабатывающий электричество, передающий энергию электричества. Э-ая машина. Э-ая станция. Э-ая сеть
3. Действующий при помощи электричества, приводимый в движение электричеством. Э. двигатель. Э-ие часы. Э. утюг. Э. инструмент. Э-ая печь. Э-ая пила. Э. стул (в США: приспособление, используемое для приведения в исполнение приговора о смертной казни с помощью электрического тока высокого напряжения). // Осуществляемый при помощи электричества. Э-ое доение. Э-ая стрижка. Э-ая пахота. Э. лов. Э-ая сварка. Э-ое освещение.
4. Обладающий органом, производящим разряды электричества (о рыбах). Э. скат. Э. угорь.
-ая, -ое.
1. прил. к электричество (в 1 и 2 знач.).
Электрические явления. Электрический ток.
2. Вырабатывающий электричество, передающий энергию электричества.
Электрическая машина. Электрическая станция.
◊
Провели в коровник и электрическую сеть, но тока пока не было. Лаптев, «Заря».
3. Действующий при помощи электричества, приводимый в движение электричеством.
Электрический утюг. Электрический инструмент. Электрическая печь. Электрическая пила.
||
Совершаемый при помощи таких устройств, инструментов.
Электрическое доение. Электрическая стрижка. Электрическая пахота. Электрический лов.
||
Производимый электричеством, получаемый от электричества.
Электрическая дуга. Электрическая сварка. Электрическое освещение.
4. Обладающий органом, производящим разряды электричества (о рыбах).
Электрический скат. Электрический угорь.
◊
электрическая емкость
характеристика проводника, количественная мера его способности удерживать электрический заряд.
электрический заряд
одна из характеристик частиц и тел, определяющая их взаимодействие с внешним электромагнитным полем, а также их взаимосвязь с собственным электромагнитным полем.
электрическая мощность
величина, характеризующая скорость передачи электроэнергии.
электри́ческий, электри́ческая, электри́ческое, электри́ческие, электри́ческого, электри́ческой, электри́ческих, электри́ческому, электри́ческим, электри́ческую, электри́ческою, электри́ческими, электри́ческом, электри́ческ, электри́ческа, электри́ческо, электри́чески
Немецкое - elektrisch (электрический).
Французское - electrique (электрический).
Английское - electric (электрический).
Латинское - electricus (янтарь, лучезарное солнце).
Прилагательное «электрический» впервые появилось в русском языке в середине XVIII в., в научных трудах Ломоносова.
Это слово - западноевропейское по своему происхождению. Прилагательное сначала появилось в Англии, а в конечном счете восходит к греческому слову «янтарь», которое, в свою очередь, было заимствовано латинским языком. К латинскому восходит в западноевропейских языках основа слов, связанных с понятием «электричество».
Производные: электризация, электрик, электризовать.
Заим. в XVIII в. из ученой латыни, где electricus - суф. производное 1600 г. врача и физика В. Джильберта от electrum «янтарь» < греч. ēlektron - тж. Электричество получило свое название потому, что его энергия вперые стала известна человеку по янтарю, когда его трут о суконку.
электри́ческий
электри́чество. Через нем. elektrisch или франц. électrique, нов.-лат. ēlectricus от греч. ἤλεκτρον "смесь золота и серебра", "янтарь".
Электрический - то, что янтарь, если его потереть, начинает притягивать к себе легкие мелкие предметы, заметили давным-давно. Объяснить же этот эффект первым попытался в 1600 году английский ученый У. Гилберт и дал ему название electric, потому что янтарь по-гречески - elektron. Так что электрический по сути означает янтарный.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ая, ое. électrique adj.
1. Отн. к электричеству. Электрический заряд. Электрическое поле. БАС-1. Речь о сходстве електрической с магнитною. 1758. Битовт 242. Електрическая сила, стремясь из земли в выспрь, выходить станет. 1769. Аничков 21. // Сл. 18 5 43. Ломоносов умел производить електрическую силу, умел предотвращать удары грома. Радищев Путеш. из Петерб. в Москву. Благодаря континентальности и сухости климата в Сибири здесь замечены особыя электрическия явления даже в домах. ВО 1888 4 12. || перен. Неожиданный и сильный. БАС-1. Господа актеры особенно должны обратить внимание на последнюю сцену. Последнее произнесенное слово должно произвесть электрическое потрясение на всех разом, вдруг. Гоголь Ревизор.
2. Возбуждающий, дающий электричество. Электрическая батарея. Электрическая станция. БАС-1. Нежная шкурка ее <землеройки> лоснится и очень электрическая. 1829. Двигубский 1 9. В одном углу стояла сломанная электрическая машина. Тург. Отцы и дети. || Связанный с передачей, движением электроэнергии. БАС-1. Один из них нес через плечо тяжелый моток электрического кабеля. Фадеев Молодая гвардия.
3. устар. Возбуждающий, зажигательный, подобный электрической искре. . Великие деяния <знаменитых мужей> действовали на него силою электрическою. ДЖ 1816 376. В Петербурге так много женщин утонченных, пылких, воздушных, облачных, электрических, бальзаковских, жорж-сандовских, что и не такая голова вскружится. 1845. Бутков Первое число. // Очерк 291. Он <откупщик> успел выменять у князя воздушную, электрическую хористку на лихого рысака, серого в яблоках. Бутков Первое число. // Очерк 292. Вот как давно и не писал я к вам, любезный Александр Федорович, и не отвечал на ваши милые и дружеские письма; даже и не поблагодарил за ваше электрическое поздравление, которое меня несказанно порадовало. 1854. А. С. Хомяков - А. Ф. Гильфердину. // РА 1878 2 375. Rigolette - небольшая, электрическая женщина. У нее маленькая ножка, талия гибкая и стройная. Новейшая хореография обязана ей многим. Тург. Соврем. зам.
4. Действующий при помощи электричества. Электрический подъемник. Электрический звонок. БАС-1. Электрическая лампочка в хрустальном колпачке мягко светила из-под зеленого абажура. Куприн Морская болезнь. простореч. Иликтрический звонок. Шмелев Няня из Москвы. // Москва 1993 8 15.
5. Связанный с использование электроэнергии. Электрические методы разведки полезных ископаемых. БАС-1.
6. Обладающий органом, производящим разряды электричества. О рыбах. Электрические рыбы, обладающия особыми органами, производящими электричество; электрические угри, гнюсы и сомы. Павленков 1911. Электрический скат. Наиболее мощная из современных электрических рыб .. - это электрический угорь, обитающий в Амазонке и Ориноко. Н. Тарас. Море живет. || Производящий такие разряды. Электрические органы торпедо, находящиеся между головой и грудными плавниками, состоят из отдельных шестиугольных призм числом до полутысячи. Н. Тарас. Море живет. Электрически, нареч. Полюбил я его .. за теплоту души, которая электрически сообщается другой душе. 8. 10. 1839. Белинский - Н. В. Станкевичу. - Лекс. Нордстет 1780: електри/ческий; САР 1794: электри/ческая сила; Гейм 1802: электри/ческий; СИЗ: электрический 1733.
Электри́ческий генера́тор - устройство для преобразования различных видов энергии (механической, химической, тепловой и т. д.) в электрическую.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ГЕНЕРА́ТОР, устройство для преобразования различных видов энергии (механической, химической, тепловой и т. д.) в электрическую.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР - устройство для преобразования различных видов энергии (механической, химической, тепловой и т. д.) в электрическую.
Электри́ческий дви́гатель (электродвигатель), электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Основной вид двигателя в промышленности, на транспорте, в быту. Различают электрические двигатели постоянного и переменного тока. Последние подразделяются на синхронные и асинхронные. Мощность от десятых долей ватта до десятков мегаватт.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ДВИ́ГАТЕЛЬ (электродвигатель), электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Основной вид двигателя в промышленности, на транспорте, в быту. Различают электрические двигатели постоянного и переменного тока. Последние подразделяются на синхронные и асинхронные. Мощность от десятых долей Вт до десятков МВт.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ (электродвигатель) - электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Основной вид двигателя в промышленности, на транспорте, в быту. Различают электрические двигатели постоянного и переменного тока. Последние подразделяются на синхронные и асинхронные. Мощность от десятых долей Вт до десятков МВт.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ (электродвигатель), электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Основной вид двигателя в промышленности, на транспорте, в быту. Различают электрические двигатели постоянного и переменного тока; последние подразделяются на синхронные и асинхронные. Мощность от долей Вт до нескольких десятков МВт. Первый электрический двигатель постоянного тока создал Б.С. Якоби в 1838, двухфазный асинхронный электрический двигатель - Н. Тесла в 1888, трехфазный - М.О. Доливо-Добровольский в 1889.
Электри́ческий заря́д - величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц; источник электромагнитного поля. Электрический заряд любых заряженных тел - целое кратное элементарного электрический заряда е. Электрический заряд составляющих адронов - кварков - дробные (кратны 1/3 е). Полный электрический заряд замкнутой системы сохраняется при всех взаимодействиях.
* * *
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД - ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ЗАРЯ́Д, источник электромагнитного поля (см. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ), связанный с материальным носителем; внутренняя характеристика элементарной частицы, определяющая ее электромагнитные взаимодействия.
Электрический заряд является физической величиной, характеризующей свойство тел или частиц вступать в электромагнитные взаимодействия, и определяющей значения сил и энергий при таких взаимодействиях. Электрический заряд - одно из основных понятий учения об электричестве. Вся совокупность электрических явлений есть проявление существования, движения и взаимодействия электрических зарядов. Электрический заряд является неотъемлемым свойством некоторых элементарных частиц (см. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ).
Фундаментальными свойствами электрического заряда являются: существование двух видов заряда, его инвариантность (см. ИНВАРИАНТНОСТЬ), дискретность (см. ДИСКРЕТНОСТЬ), аддитивность (см. АДДИТИВНОСТЬ) и подчинение закону сохранение заряда.
Имеется два вида электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными. Заряды одного знака отталкиваются, разных знаков - притягиваются друг к другу. Заряд наэлектризованной стеклянной палочки условно стали считать положительным, а смоляной (в частности, янтарной) - отрицательным. В соответствии с этим условием электрический заряд электрона (см. ЭЛЕКТРОН (частица)) отрицателен (греч. «электрон» - янтарь).
Заряд макроскопического тела определяется суммарным зарядом элементарных частиц, из которых состоит это тело. Чтобы зарядить макроскопическое тело нужно изменить число содержащихся в нем заряженных элементарных частиц, т. е. перенести на него или удалить с него некоторое количество зарядов одного знака. В реальных условиях такой процесс обычно связан с перемещением электронов. Тело считают заряженным только в том случае, если на нем находится избыток зарядов одного знака, составляющий заряд тела, обозначаемый обычно буквой q или Q .Если заряды размещены на точечных телах, то сила взаимодействия между ними может быть определена по закону Кулона (см. КУЛОНА ЗАКОН). Единицей заряда в СИ является кулон (см. КУЛОН (единица количества электричества))- Кл.
Электрический заряд Q любого тела дискретен, существует минимальный, элементарный электрический заряд (см. ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД) е, которому кратны все электрические заряды тел:
Q = n.е.
Простейший прибор для измерения заряда - электроскоп (см. ЭЛЕКТРОСКОП).
Минимальный заряд, существующий в природе, - это заряд элементарных частиц. В единицах СИ модуль этого заряда равен: е = 1,6.10-19Кл. Любые электрические заряды в целое число раз больше элементарного. Элементарным электрическим зарядом обладают все заряженные элементарные частицы. В конце 19 в. был открыт электрон - носитель отрицательного электрического заряда, а в начале 20 в, - протон, обладающий таким же по величине положительным зарядом; таким образом, было доказано, что электрические заряды существуют не сами по себе, а связаны с частицами, являются внутренним свойством частиц (позднее были открыты и другие элементарные частицы, несущие положительный или отрицательный заряд той же величины). Заряд всех элементарных частиц (если он не равен нулю) одинаков по абсолютной величине. Элементарные гипотетические частицы - кварки, заряд которых равен 2/3е или +1/3е, не наблюдались, однако в теории элементарных частиц предполагается их существование.
Инвариантность электрического заряда установлена экспериментально: величина заряда не зависит от скорости, с которой он движется (т. е. величина заряда инвариантна относительно инерциальных систем отсчета, и не зависит от того, движется он или покоится).
Электрический заряд аддитивен, т. е. заряд любой системы тел (частиц) равен сумме зарядов тел (частиц), входящих в систему.
Электрический заряд подчиняется закону сохранения, который был установлен после проведения множества опытов. В электрически замкнутой системе полный суммарный заряд сохраняется и остается постоянным при любых физических процессах, происходящих в системе. Этот закон справедлив для изолированных электрических замкнутых систем, в которые заряды не вносятся и из которых они не выносятся. Этот закон действует и для элементарных частиц, которые рождаются и аннигилируют парами, суммарных заряд которых равен нулю.
Связь электрического заряда с электромагнитным полем определяется Максвелла уравнениями (см. МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ).