СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИЙ ПРОФІЛЬ: Елт 111

01.10.2025р.

Тема програми №3. Електромагнетизм

Тема уроку №21. Правило лівої руки. Правило правої руки.

Працюємо з підручником:

А.М. Гуржій, A.M. Сільвестров, H.l. Поворознюк Електротехніка з основами промислової електроніки. Київ «Форум» 2002. Стор. 52 – 60.

https://youtu.be/xrpvgF86lJs?si=gis1-Q7V1QYI5hSB

https://youtu.be/uce3OE6S2cs?si=Jayp-FOVwXhWbICH

Опрацювати матеріал:

1. Магнітна індукція.

2. Магнітна проникність середовища.

3. Напруженість магнітного поля.

4. Напрямок ЕРС електромагнітної індукції.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Що називають електромагнітною індукцією?

2. Якими одиницями характеризується магнітна індукція?

3. Де використовують явище електромагнітної індукції?

4. Як визначити напрямок ЕРС електромагнітної індукції за правилом правої руки?

5. Який струм називають індукційним?

Розглянемо характеристики магнітного поля. Магнітна індукція B – векторна величина, яка характеризує магнітне поле і визначає силу, що діє на рухому заряджену частинку з боку магнітного поля. Ця характеристика є основною характеристикою магнітного поля, оскільки визначає електромагнітну силу, а також ЕРС індукції у провіднику, що переміщується в магнітному полі.

Одиницею магнітної індукції є вебер, поділений на квадратний метр, або тесла (Тл):

[B] = 1 Вб/1 м² = 1 Тл.

Абсолютна магнітна проникність середовища μa – величина, яка є коефіцієнтом, що відображає магнітні властивості середовища:

μa = μ0μr,

де μ0 – магнітна стала, яка характеризує магнітні властивості вакууму:

μ0 = 4π 10–7 (Ом ∙ с) м .

Одиниця Ом-секунди (Ом · с) – генрі (Гн). Отже, [μ0] = Гн/м.

Величину μr називають відносною магнітною проникністю середовища. Вона показує, у скільки разів індукція поля, створеного струмом у певному середовищі, більше або менше, ніж у вакуумі, і є безрозмірною величиною. Для більшості матеріалів проникність μr стала і близька до одиниці. Для феромагнітних матеріалів μr є функцією струму, що створює магнітне поле, і досягає великих значень (10–2–105).

Напруженість магнітного поля Н – векторна величина, яка не залежить від властивостей середовища і визначається тільки струмами у провідниках, що створюють магнітне поле.

Напруженість пов’язана з магнітною індукцією співвідношенням:

[H] = 1 A/1 м; B = μaH.

Одиниця вимірювання напруженості магнітного поля – А/м. Н є силовою характеристикою поля, яка враховує вплив струму і форми провідників. Напруженість магнітного поля і магнітна індукція величини векторні, їхній напрямок збігається з напрямком дотичної в будь-якій точці силової магнітної лінії (рис. 1).

Рис. 1. Зображення напрямку напруженості й магнітної індукції

Магнітний потік Ф – потік магнітної індукції. Напрям вектору магнітної індукції встановлюють за допомогою правила свердлика. Якщо джерелом магнітного поля є котушка зі струмом, то напрямок поля визначають за правилом правої руки (рис. 2): якщо долонею правої руки обхопити котушку так, щоб чотири пальці збігалися з напрямом струму у витках, то відігнутий великий палець покаже напрямок магнітного поля.

Рис. 2. Використання правила правої руки

Електромагнітна індукція. Якщо провідник переміщувати в магнітному полі, то в ньому відбувається поділ зарядів на позитивні й негативні, тобто виникає початкова різниця потенціалів, електрорушійна сила – ЕРС.

Величину ЕРС визначають за формулою:

Е = В · V · l · sin α, В,

де В – магнітна індукція, Тл; V – швидкість руху провідника або магнітного поля, м/с; l – активна довжина провідника (довжина тієї частини провідника, яка потрапила в магнітне поле), м; α – кут між лініями магнітного поля і провідником.

Явище електромагнітної індукції використовують у роботі електричних генераторів.

Напрямок ЕРС електромагнітної індукції визначають за правилом правої руки: якщо долоню правої руки розташувати так, щоб лінії магнітного поля входили в неї і великий відігнутий палець указував напрям руху провідника (тобто напрямок його швидкості), то чотири пальці покажуть напрямок ЕРС (рис. 3).

Якщо витком, котушкою або будь-яким замкнутим контуром проходить струм, що змінюється, то навколо них виникає змінне магнітне поле, що наводить у них ЕРС. Це явище називають явищем електромагнітної індукції, а струм – індукційним.

Рис. 3. Використання правила правої руки для визначення напрямку ЕРС

01.10.09.2025р.

Тема програми №3. Електромагнетизм

Тема уроку №20. Феромагнітні, парамагнітні і діамагнітні речовини.

Працюємо з підручником:

А.М. Гуржій, A.M. Сільвестров, H.l. Поворознюк Електротехніка з основами промислової електроніки. Київ «Форум» 2002. Стор. 52 – 80.

https://youtu.be/NTynWvHZnjA?si=miaarLZxDrHJYodU

Опрацювати матеріал:

1. Феромагнітні речовини.

2. Парамагнітні речовини.

3. Діамагнітні речовини.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Опишіть феромагнетики, їх особливості та що входить до їх складу, наведіть приклади.

2. Опишіть парамагнетики, їх особливості та що входить до їх складу, наведіть приклади.

3. Опишіть деамагнетики, їх особливості та що входить до їх складу, наведіть приклади.

4. Що відносять до магнітом'яких магнітних матеріалів і де вони використовуються?

5. Що відносять до магнітотвердих магнітних матеріалів і де вони використовуються?

Феромагнетики, парамагнетики та діамагнетики — це види магнітних речовин, що по-різному взаємодіють із зовнішнім магнітним полем.

Діамагнетики слабко послаблюють поле, оскільки створюють власне поле протилежного напрямку.

Парамагнетики незначно посилюють поле, створюючи власне поле в тому ж напрямку. Феромагнетики, як-от залізо, нікель і кобальт, значно посилюють поле завдяки доменній структурі і мають магнітну пам'ять.

Діамагнетики створюють власне магнітне поле, яке напрямлене проти зовнішнього поля, тому незначно послаблюють його. Особливості: Виштовхуються з магнітного поля. Приклади: Вода, золото, срібло, мідь, інертні гази, кварц.

Парамагнетики намагнічуються вздовж зовнішнього поля і лише дещо підсилюють його. Особливості: Їхня магнітна сприйнятливість невелика і обернено пропорційна температурі. Приклади: Платина, кисень, перехідні метали, залізовмісні силікати.

Феромагнетики значно посилюють зовнішнє магнітне поле та зберігають магнітний стан навіть після припинення дії поля. Особливості: Мають доменну структуру, де елементарні магнітні моменти атомів спонтанно паралельні.

Намагнічування феромагнітних матеріалів. Матеріали, що мають велику магнітну проникність, називають феромагнітними. До таких належать залізо, нікель, кобальт і їхні сплави. Опинившись у зовнішньому магнітному полі, ці матеріали значно посилюють його.

Намагніченість феромагнітних тіл без наявності зовнішнього магнітного поля не проявляється. Якщо феромагнітне тіло помістити в зовнішнє магнітне поле, то під його впливом відбудуться зміни, в результаті яких вектори намагніченості окремих ділянок (доменів) мимовільного намагнічування будуть орієнтовані в напрямку зовнішнього поля. Індукція результуючого магнітного поля визначатиметься як індукцією зовнішнього поля, так і магнітною індукцією окремих доменів, тобто результуюче значення індукції набагато перевищуватиме її початкове значення. Отже, сумарне магнітне поле значно перевищить зовнішнє поле.

Сукупність пристроїв, що містять феромагнітні тіла й утворюють замкнене коло, в якому за наявності магніторушійної сили утворюється магнітний потік і вздовж якої замикаються лінії магнітної індукції, називають магнітним колом.

Прикладом таких кіл є осердя трансформаторів, магнітних підсилювачів, електричних машин тощо. Щоб розрахувати магнітне коло, потрібно визначити НС котушки (або системи котушок), необхідну для створення заданого магнітного потоку. Часто, навпаки, за заданою силою, що намагнічує, визначають магнітні потоки. Розрахунок магнітного кола здійснюється за допомогою законів для магнітних кіл, а саме закону Ома, першого і другого законів Кірхгофа.

Магнітом’які матеріали. До магнітом'яких магнітних матеріалів відносяться:

технічно чисте залізо;

кремениста електротехнічна сталь;

залізонікелева сталь (пермалой);

інші сплави (наприклад альсіфери).

Технічно чисте залізо (зміст карбона не більше 0,04 %) має великі магнітну проникність та індукцію насичення, малі коерцитивну силу та питомий опір (великі втрати на вихрові струми).

Броньоване осердя застосовується для котушок індуктивності.

Розімкнутий магнітний ланцюг (із повітряним зазором) зменшує залежність параметрів котушок індуктивності від частоти та напруженості магнітного поля.

Броньовані осердя мають невелике зовнішнє поле розсіювання, тому кремениста електромеханічна сталь (зміст кремнію Si до 4,5%) має велику магнітну проникність (µмакс=10000), питомий опір р=[0,1+0,12%( Si )]·0,0001 Ом/см, малу коерцитивну силу (Нс=0,57е).

Ферити та вироби з них. Ферит - це магнітний матеріал, який складається з подвійних окислів заліза Fе, нікелю Ni, марганцю Мп, цинку Zп, кобальту Со, літію Li, свинцю РЬ та інших матеріалів.

Загальна формула фериту має такий вид:

МОFе2О3

де М- умовне позначення двовалентного металу.

Вони мають великий питомий опір р=10 Ом-см, тому втрати на вихрові струми малі, а робоча частота велика; часова стабільність магнітної проникності фериту знаходиться у межах у = (0,5...0,75)%, відносний температурний коефіцієнт магнітної проникності приймає значення до а_іи= +30-10"⁶.

Ферити мають значну залежність від температури. Робочу температуру обирають ту, що відвідає значенню //п яке складає 80% від номінального (при 20 °С).

З феритів виготовляються осердя - магнітом'які, магнітотверді, магнітострикційні, з прямокутною петлею гістерезису, надвисокочастотного діапазону, головки магнітні, сфери із монокристала, пристрої пам'яті.

Магнітотверді матеріали. До магнітотвердих матеріалів відносяться:

карбонова сталь;

вольфрамова та хромова сталь;

кобальтова сталь;

оксидно - барієві магніти;

альні, альнісі, альніко, магніко.

Отримують їх із заліза Fе, легованого домішками після термічної обробки. Ці матеріали мають велику коерцитивну силу Hс, що забезпечує велику максимальну енергію магнітного поля.

Магнітном’які матеріали мають відносно мале значення Нс і невелику площу циклів гістеризису. Це — чисте залізо, електротехнічні сталі, сплави заліза і нікелю, деякі хімічні з’єднання заліза. їх застосовують для виготовлення магнітопроводів електричних машин, трансформаторів, електровимірювальних приладів та інших електротехнічних апаратів. Деякі магнітном’які матеріали за відповідної технології обробки дають можливість, отримати «прямокутну» петлю гістеризису. Матеріали з прямокутною петлею характеризуються малим значенням Нс і великим значенням Вг, близьким до В . Вони широко застосовуються в пристроях автоматики та обчислювальної техніки.

Магнітотверді матеріали – це феромагнетики, які після намагнічування зберігають високий рівень залишкового магнетизму і використовуються для створення постійних магнітів. До таких матеріалів належать неодим, самарій-кобальт, ферит та сплави альніко, а також сплави рідкісноземельних металів і природні мінерали на основі заліза, нікелю та кобальту.

До магнітнотвердих матеріалів належать сплави заліза з алюмінієм, хромом та вольфрамом, які містять різні домішки. Магнітнотверді матеріали характеризуються відносно великими значеннями Вг і Нс і застосовуються для виготовлення постійних магнітів.

· відносний тангенс кута втрат в діапазоні до 0,1 МГц і H=0,1 е;

· коефіцієнт прямокутності К_п= 0,5...0,8.

Магнітотверді феритові осердя (магніти).Мають велику магнітну енергію та велику силу Н_с (до 2500е). Петля гістерезису може бути пологою або крутою.

Магніти з пологою петлею гістерезису мають малу залежність µ від H і застосовуються для виготовлення магнітних стрічок систем магнітного запису та відтворення звукових і відеосигналів, а також в електромеханічних фільтрах.

Магніти з крутою петлею гістерезису застосовуються для виготовлення постійних магнітів, телефонної апаратури, побутових мікрохвильових пічок, систем відхилення в телевізорах, головок стирання відеомагнітофонів, динамічних гучномовців, акустичних перетворювачів, збудження електричних двигунів постійного струму, магнітострикційних та електромеханічних фільтрів.

Основними параметрами магнітів є:

- максимальне значення добутку магнітної індукції та напруженості магнітного поля (В·Н)макс;

· залишкова магнітна індукція В_r;

· коерцитивна сила по індукції В_c;

· коерцитивна сила по напруженості Н_c.

Магніти виготовляються на основі барію (Ba) і можуть бути анізотропні (БА) і ізотропні (БІ). Анізотропні ферити зберігають орієнтацію часток феромагн етика і не бояться вібрацій, ударів, стійкі до впливу зовнішніх магнітних полів.

До позначень магнітотвердих феритів входять:

· літера М;

· число - доданок (B·H)_{мак с};

літера - матеріал фериту (СА - стронцієвий анізотропний, БА - барієвий анізотропний, С - стронцієво-барієвий);

- число - коерцитивна сила намагнічування;

· число - номер за порядком.

Приклад: М28СА250 - 4: ферит (B·H)_макс = 28 кДж/м², стронцієвий анізотропний, з коерцитивною силою 250 кА/м, з номером за порядком - 4.

Спеціальні магнітні матеріали. До спеціальних магнітних матеріалів відносяться: матеріали з прямокутною петлею гістерезису (ППГ), магнітострикційні матеріали та термомагнітні матеріали.

Матеріали з прямокутною петлею гістерезису - це матеріали зі специфічною формою петлі гістерезису, яка близька по формі до прямокутної.

Крім спільних магнітних характеристик вони характеризуються слідуючими:

коефіцієнт прямокутності - представляє собою відношення залишкової індукції В_r до максимальної B_mах:

коефіцієнт переключення S_q - численно рівний кількості електроенергії, яка проходить через одиницю товщини сердечника і яка необхідна перемагнічування його із одного стану в інший; інколи вимірюється по напруженості поля;

малий час перемагнічування;

висока температурна стабільність.

01.10.09.2025р.

Тема програми №3. Електромагнетизм

Тема уроку №19. Магнітне поле провідника зі струмом. Правило свердлика.

Працюємо з підручником:

Опрацювати матеріал:

1. Магнітне поле.

2. Характеристики магнітного поля.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Що називають магнітним полем?

2. Чим характеризується наявність струму у провіднику?

3. Виконайте зображення магнітного поля.

4. За допомогою чого визначається напрямок магнітного поля?

5. Як позначається напрямок струму в провіднику?

Магнітне поле і його характеристики. Магнітне поле – це фізичне поле, яке здатне діяти на рухомі електричні заряди і тіла. Магнітне поле існує всередині будь-якого атома, живі організми створюють магнітні поля. Магнітне поле Землі захищає нас від потоків сонячної радіації. У техніці, побуті, у різних пристроях застосовують штучні постійні магніти та електромагніти. Зв’язок між електричними і магнітними явищами було вперше встановлено в дослідах датського фізика Ганса Ерстеда, англійського вченого Джеймса Максвелла й ін. Досліди довели існування магнітного поля навколо будь-якого провідника зі струмом. На підставі цього було зроблено висновок, що немає більш характерної ознаки наявності струму у провіднику, ніж існування навколо нього магнітного поля. Цю властивість електричного струму використовують в електромагнітах, електромагнітних кранах, реле. Графічно магнітне поле зображують магнітними силовими лініями, які мають напрямок із півночі N на південь S і ніколи не перетинаються (рис. 1).

Рис. 1. Приклад зображення магнітного поля

Якщо на невеликій відстані розташовані однойменні полюси магнітів, то вони відштовхуються, якщо різнойменні – притягуються. Напрямок магнітного поля навколо провідника зі струмом визначають за правилом свердлика (рис. 2): якщо поступальний рух свердлика збігається з напрямом струму в провіднику, то обертальний рух покаже напрямок магнітного поля.

Рис. 2. Правило свердлика

Якщо провідник розташований так, що можна бачити тільки його поперечний переріз, то напрямок струму можна показати за допомогою стрілки. Якщо струм у провіднику спрямований від нас, то в перерізі позначають хрестик, якщо до нас – точку (рис. 3).

Рис. 3. Зображення напрямку струму

Навколо провідника, у якому існує струм, завжди є магнітне поле, і навпаки, у замкнутому провіднику, що рухається в магнітному полі, виникає струм. Можна стверджувати, що магнітне поле та електричний струм – взаємо пов’язані явища.

29.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку Лабораторна робота №10 «Поняття про розрахунки проводів»

Працюємо з підручником:

А.М. Гуржій, A.M. Сільвестров, H.l. Поворознюк Електротехніка з основами промислової електроніки. Київ «Форум» 2002. Стор.

Обладнання: Лабораторне джерело струму, джерело живлення, лабораторні вольтметри, лабораторні амперметри, магазин опорів, вимикач, провідники.

Опрацювати матеріал:

1. Правила вибору проводів.

2. Правила прокладання проводів.

3. Види проводів та їх переріз.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Яке значення має переріз провідників?

2. Причини аварій в електромережах.

3. Як визначити діаметр провідника?

4. Як правильно зробити розрахунок для однофазної мережі?

5. Як позначається мідний провід?

6. Знайдіть струм який буде споживати мікрохвильовка.

7. Вирахуйте необхідний переріз провіднику для одночасного підключення електричного чайнику, електром’ясорубки та кухонного комбайну.

Виконання роботи

Перетин або площа поперечного зрізу – це чи не найважливіший критерій для вибору проводів. Від нього залежить величина струму, що може безпечно протікати впродовж певного часу.

· Занадто тонкий дріт буде нагріватися, що призведе до плавлення ізоляції. У результаті може статися коротке замикання, що призведе до загоряння чи інших проблем. Аварії в електромережі найчастіше стають причиною пожеж у житлових будинках;

· Занадто товстий – буде дорожче коштувати, а з довжиною будуть рости неефективні витрати. Наприклад, у середньому в однокімнатній квартирі на 40м² загальна довжина електропроводки складає 150–200м.

Як правильно зробити розрахунок для однофазної мережі?

У цьому випадку допоможе класична математична формула S = π (d/2)2, де d - діаметр перетину. Знаючи π можна вивести простіший варіант формули:

S = 3,14 × d²/4= 0,785d² ≈ 0,8d².

Діаметр легко виміряти з допомогою звичайного штангенциркуля. Знаючи його, можна порахувати площу перерізу.

У побуті переважно використовується мідний дріт, оскільки в порівнянні з алюмінієвим він має низку технічних переваг:

· Зручний та простий у монтажі;

· Не так швидко окислюється;

· Витримує 40–50 вигинів, тоді як алюміній лише 10–12;

· Має триваліший термін служби;

· Кращі технічні характеристики. Щоби пропустити електрику з однаковими параметрами, потрібен товстіший алюмінієвий провідник, ніж мідний. Прокладати електропроводку зручніше тонким кабелем, крім того, він буде менш помітний, що важливо для естетики.

Єдиним недоліком міді є вартість, що в 3–4 рази вища за алюміній. Це нівелює всі переваги під час прокладання кілометрових магістральних ліній, оскільки в такий спосіб можна заощадити сотні тисяч гривень. Тому для повітряних ліній використовується переважно алюмінієвий СІП від 16мм².

Найпопулярніші в побуті «мідні» номінали: 0,75мм², 1мм², 1,5мм², 2,5мм², 4мм². Для позначення типорозміру в США використовується система AWG (з англ. American Wire Gauge – американська товщина проводів). Деякі виробники вказують відразу європейський і американський варіант.

Європейська метрична система, мм²	Американський розмір (AWG)
0,25	23/24
0,5	21/22
0,75	19/20
1	18
1,5	16/17
2,5	14/15
4	12/13

Що потрібно знати для правильного вибору?

1. Товщина має бути достатньою для пікового навантаження, допускається невелике нагрівання кабелю, але не вище 60°C. Це найважливіший чинник, адже нагрівання жил понад допустиму температуру може спровокувати аварію в електромережі;

2. Товщина повинна бути достатньою для механічної міцності. Наприклад, для навісного монтажу деякі марки проводів посилюються сталевим тросом. Це збільшує міцність та стійкість до вітрових навантажень.

Вибирати можна за силою струму або потужністю. Знаючи один із цих параметрів, нескладно розрахувати інший, для цього можна скористатися таблицею ПУЕ (Правила улаштування електроустановок).

Таблиця навантаження проводів і кабелів.

Перетин, мм²	Відкрито прокладений
	Мідь			Алюміній
	Iₙ, А	кВт		Iₙ, А	кВт
	Iₙ, А	220В	380В	Iₙ, А	220В	380В
0,5	11	2,4	-	-	-	-
0,75	15	3,3	-	-	-	-
1	17	3,7	11	-	-	-
1,5	23	5	15	-	-	-
2,5	30	6,6	19	24	5,3	15,5
4	41	9	26	32	7	20,7
6	50	11	32	39	8,6	25,2
10	80	17,6	52	60	13	38,8
16	100	22	65	75	16,5	48,5
25	140	30,8	90	105	23,1	58,1
35	170	37	110	130	28,6	71
Перетин, мм²	Прокладений у трубі
	Мідь			Алюміній
	Iₙ, А	кВт		Iₙ, А	кВт
	Iₙ, А	220В	380В	Iₙ, А	220В	380В
0,5	-	-	-	-	-	-
0,75	-	-	-	-	-	-
1	14	3	9	-	-	-
1,5	15	3,3	9,7	-	-	-
2,5	21	4,6	13,6	16	3,5	10,3
4	27	5,9	17,4	21	4,6	13,6
6	34	7,5	22	26	5,7	16,8
10	50	11	32,3	28	8,3	24,5
16	80	17,6	51,7	55	12,1	35,5
25	100	22	64,6	65	14,3	42
35	135	29,7	87,2	75	16,5	48,5

Це середні дані за ідеальних умов, деякі виробники надають власні рекомендації щодо використання різних типорозмірів із власного асортименту.

Якщо побутова розетка витримує до 16А, до неї необхідно підводити провід на 1,5мм², але для захисту краще поставити автомат на 16А або нижче.

Можна помітити, що в таблиці для прихованої прокладки допустимий показник Iₙ менший, ніж для відкритої. Це пов’язано з тим, що в стіні або трубі погана тепловіддача й нагрівання відбувається швидше, відповідно ймовірність плавлення ізоляції вища. Чим щільніше прокладені кабелі в каналі, тим менше навантаження вони витримають.

Між паралельно прокладеними кабелями слід зберігати відстань рівну 5 діаметрам найбільшого з них.

Iₙ залежить від сукупної потужності споживачів. Кожен включений у розетку електроприлад споживає тільки необхідні йому вати електрики. Чим більше споживачів та чим вони потужніші, тим більше навантаження буде в мережі.

Для однієї фази силу струму можна розрахувати за формулою I = P/U, де P – сумарна потужність споживачів (виражена у Вт), а U – напруга (В).

Розглянемо на прикладі електропроводки для одиночної розетки на кухні, у яку точно ніколи не будуть підключатися двійники чи трійники. Імовірний набір електротехніки:

Отже, найбільше навантаження дає електрочайник – 1,5 кВт. В однофазної мережі напруга – 220 В, робимо прості обчислення:

1500 Вт / 220 В = 6,8 А.

Для цього випадку оптимально підійде ППВ на 1,5мм² з уже згаданою 16-амперною розеткою.

Прилад	P, кВт
Кухонний комбайн	0,7
Електрочайник	1,5
Електром’ясорубка	1
Мікрохвильовка	1,4
Тостер	1

За технікою безпеки в житловому приміщенні дозволено прокладати лише мідну проводку.

А тепер змоделюємо іншу ситуацію, коли є кілька розеток, і всі прилади можуть вмикатись одночасно (наприклад, готується вечеря для великої компанії). У такому випадку навантаження в мережі може зростати до:

0,7 кВт + 1,5 + 1 + 1,4 + 1 = 5,6 кВт.

За формулою можемо порахувати силу струму:

5600 Вт / 220 В = 25,5 А.

Для прокладання від щитка кабелю на 1,5мм² буде замало, у такому випадку рекомендований перетин 4мм².

P, кВт	Iₙ, А	Перетин, мм²	Номінал автоматичного вимикача, А
1	4,5	1	4-6
2	9,1	1,5	10
3	13,6	2,5	16
4	18,2	2,5	20
5	22,7	4	25
6	27,3	4	32
7	31,8	4	32
8	36,4	6	40
9	40,9	6	50
10	45,5	10	50

Дані в таблиці актуальні тільки для електромережі з такими характеристиками:

· одна фаза з напругою 220В;

· Температурний режим +30°C;

· Використовуються трьохжильна проводка (з робочим заземленням);

· Прокладання в закритому коробі.

У таблиці представлені розрахунки за стерильних умов, коли перетин не усічений, а провідник із чистої міді без домішок. На практиці іноді трапляються дешеві китайські аналоги із гіршими характеристиками, тому якщо не впевнені в надійності, краще перестрахуйтеся та оберіть кабель із перетином на номінал вище або встановіть автомат на номінал нижче.

Крім того, на мережеві характеристики впливають умови експлуатації:

· Ймовірність підключення потужного устаткування з великими пусковими струмами;

· Великий діапазон робочих температур, наприклад, під час прокладання на вулиці проводка може нагріватися від сонця;

· Експлуатація в умовах підвищеної пожежної небезпеки.

Якщо можливий будь-який із вищенаведених варіантів, краще вибрати більший діаметр і поставити відповідний автомат, але це вже суто індивідуальне рішення.

Спрощений розрахунок за «дідівським методом».

Багато електриків на практиці користуються простим правилом: Iₙ (в амперах) ділять на 10 і отримують оптимальну площу перетину (у кв. міліметрах), а потім результат округлюють у більшу сторону.

Розглянемо на прикладі мережевого струму 22А, за «дідівським методом» площа перетину має бути 22А/10 = 2,2(мм²). Найближчий номінал вгору – 2,5мм², відповідно його й беремо. Отриманий результат більш-менш відповідає табличним даним.

Правило ділення на 10 діє тільки для мереж до 40А. Для потужніших ліній, наприклад, на вводі в щиток може бути 40–80А рекомендується зробити більший запас, у такому разі ампери слід ділити на 8.

Це правило діє й навпаки – щоби розрахувати максимальний струм, потрібно перетин помножити на 10.

Алюміній гірше проводить електроенергію, ніж мідь. Для мереж 0–40А потрібен провід на 20 % товщий, а для 40–80А – на 30 %. З огляду на це, для алюмінієвого кабелю ампери потрібно ділити на 6.

Розраховуємо проводку для трифазної електромережі.

Для трифазної мережі актуальна така формула: I=P/(U*cosφ), де P - потужність, U - напруга (380В), cosφ - коефіцієнт потужності, за замовчуванням він дорівнює √3 ≈ 1,7.

Розрахуємо провідник на прикладі трифазної електроплити. Середня модель має 4 конфорки на 1–1,5 кВт кожна, а це значить, що максимально електроплита буде споживати – 6кВт. Iₙ дорівнюватиме:

6 кВт / (380 В × 1,7) = 9,3 А

Згідно з ПУЕ, для підключення знадобиться 5-провідниковий ППВ або ВВГ на 1мм². Для більшої надійності можна купити ВВГ 5×1,5.. Якщо робити алюмінієву проводку, то зійде й АВВГ 4×2,5, але в приміщенні дозволена лише мідна проводка.

Під час розрахунків потужності додавайте запас 15–20 %. Це страховка на випадок зносу або підключення додаткових пристроїв.

29.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку Лабораторна робота №9 «Послідовне, паралельне та змішане з'єднання користувачів струму»

Працюємо з підручником:

https://youtu.be/Tk1c4NiJtPM?si=h7DQzNotHHvgqzGy

Всеукраїнська школа онлайн: Дослідження електричного кола з послідовним з'єднанням провідників. Частина 1

https://youtu.be/z03dWhvmgp0?si=kXjgrbuYoMN3IePq

Всеукраїнська школа онлайн: Дослідження електричного кола з паралельним з'єднанням провідників. Частина 2

Обладнання: Лабораторне джерело струму, джерело живлення, лабораторні вольтметри, лабораторні амперметри, магазин опорів, реостатів, вимикач., провідники.

Опрацювати матеріал:

1. Опрацювати закони Ома

2. Опрацювати закони Кірхгофа.

3. Опрацювати методику еквівалентних перетворень електричних кіл.

4. Ознайомитись із схемами електричних кіл

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Опишіть закон Ома.

2. Опишіть закон Кірхгофа.

3. Опишіть види з’єднання провідників.

4. Замалюйте та складіть схему послідовного з’єднання резисторів, виконайте вимірювання заповніть таблицю.

5. Замалюйте та складіть схему паралельного з’єднання резисторів, виконайте вимірювання заповніть таблицю.

6. Замалюйте та складіть схему змішаного з’єднання резисторів, виконайте вимірювання заповніть таблицю.

7. Результати аналізуємо та оформлюємо висновок.

Виконання роботи

1. Записати в табл. 1 технічну характеристику вимірювальних приладів.

Таблиця 1

Технічна характеристика вимірювальних приладів і обладнання

Назва приладу	Тип	Кількість	Технічні дані

2. Скласти електричне коло з послідовно з’єднаними резисторами відповідно до схеми.

3. Встановити напругу живлення кола. Виміряти струм у колі і спад напруги на кожному резисторі. Результати вимірювань занести в табл. 2.

Таблиця 2

Результати вимірювань і розрахунків

Виміряно

Розраховано

U₁,

U₂,

U₃,

U₄_,

R₁,

O_М

R₂,

O_М

R₃,

O_М

R₄,

O_М

P₁,

В_Т

P₂,

В_Т

P₃,

В_Т

P₄,

В_Т

4. Розрахувати опори і потужності резисторів, повний опір кола і повну потужність. Результати занести в табл. 2.

5. Скласти електричне коло з паралельно з’єднаними резисторами відповідно до схеми.

6. Встановити напругу живлення кола . Виміряти струми в резисторах і напругу кола. Результати вимірювань занести в табл. 3.

Таблиця 3

Результати вимірювань і розрахунків

Виміряно

Розраховано

I₁,

I₂

I₃,

I₄,

R₁,

O_М

R₂,

O_М

R₃,

O_М

R₄,

O_М

P₁,

В_Т

P₂,

В_Т

P₃,

В_Т

P₄,

В_Т

7. Розрахувати опори і потужності резисторів, повний опір кола і повну потужність. Результати занести в табл. 3.

8. Скласти електричне коло з змішаним з’єднанням резисторів відповідно до схеми.

9. Встановити напругу живлення кола . Виміряти струми і спад напруги на кожному резисторі. Результати вимірювань занести в табл. 4.

Таблиця 4

Результати вимірювань і розрахунків

Дані вимірювань

Результати обчислень

I₁,

I₂

I₃,

I₄,

U₁,

U₂,

U₃,

U₄,

U_заг,

R₁,

O_М

R₂,

O_М

R₃,

O_М

R₄,

O_М

R_сер,

O_М

R_роз,

O_М

Оформити висновок _(підтвердження законів Ома і Кірхгофа, обчислення еквівалентного опору)

25.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку № 15. Лабораторна робота №8 «Послідовне та паралельне з'єднання користувачів струму»

Працюємо з підручником:

https://youtu.be/SeiTsON2xfs?si=S9pzs-qRXZW6iB5l

Фізика Онлайн: Дослідження електричного кола з паралельним з'єднанням провідників.

https://youtu.be/phcy5WfUxJ8?si=X-fM-bTWxjHZrenJ

Фізика Онлайн: Дослідження електричного кола з послідовним з'єднанням провідників

https://youtu.be/Tk1c4NiJtPM?si=h7DQzNotHHvgqzGy

Всеукраїнська школа онлайн: Дослідження електричного кола з послідовним з'єднанням провідників. Частина 1

https://youtu.be/z03dWhvmgp0?si=kXjgrbuYoMN3IePq

Всеукраїнська школа онлайн: Дослідження електричного кола з паралельним з'єднанням провідників. Частина 2

https://youtu.be/2PqZX0R0mic?si=IsdWZRzoABwFc5ou

Фізика Онлайн: Питання, відповіді. Яке з’єднання називають послідовним (паралельним)? Як шунтують амперметри? Додатковий опір.

Обладнання: Лабораторний вольтметр, лабораторний амперметр, магазин опорів, вимикач, лабораторне джерело струму.

Опрацювати матеріал:

1. Способи з’єднання провідників.

2. Визначення послідовного з’єднання провідників.

3. Визначення паралельного з’єднання провідників.

4. Інструктаж з охорони праці.

5. Правила проведення експериментів.

6. Висновок.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Опишіть види з’єднання провідників.

2. Опишіть та замалюйте схему послідовного з’єднання провідників.

3. Опишіть та замалюйте схему паралельного з’єднання провідників.

4. Складаємо електричне коло, виконуємо вимірювання, результати підставляємо до формул.

5. Результати аналізуємо та оформлюємо висновок.

Способи з’єднання провідників

У процесі розрахунку електричних кіл доводиться стикатися з різними схемами з’єднань провідників. З’єднання, за якого по всіх ділянках проходить один і той самий струм, називають послідовним. Будь-який замкнутий шлях, який проходить кількома ділянками, – це контур електричного кола. Ділянку кола, уздовж якого проходить один і той самий струм, називають гілкою, а місце з’єднання трьох і більше гілок – вузлом.

Послідовне і паралельне з’єднання провідників. Провідники в електричному колі з’єднують послідовно або паралельно. За послідовного з’єднання провідників (рис. 1) сила струму у всіх провідниках однакова: I₁ = I₂ = I.

За законом Ома, напруги U₁ і U₂ на провідниках рівні U₁ = IR₁, U₂ = IR₂.

Рис. 1. Схема послідовного з’єднання провідників

Загальна напруга U на обох провідниках дорівнює сумі напруги U₁ і U₂:

U = U₁ + U₂ = I(R₁ + R₂) = IR, де R – електричний опір всього кола. Звідси випливає: R = R₁ + R₂. За послідовного з’єднання повний опір кола дорівнює сумі опорів окремих провідників.

Цей результат правильний для будь-якої кількості послідовно з’єднаних провідників.

Паралельне з’єднання. За паралельного з’єднання (рис. 2) напруга U₁ і U₂ на обох провідниках однакова: U₁ = U₂ = U.

Рис. 2. Схема паралельного з’єднання провідників

Сума струмів I₁ + I₂, що проходять по обох провідниках, дорівнює струму

в нерозгалуженому колі: І = I₁ + I₂. Цей результат пов’язаний із тим, що в точках розгалуження струмів (вузли A і B) у колі постійного струму не можуть накопи-чуватися заряди. Наприклад, до вузла A за час t приходить заряд I ∙ t, а виходить із вузла за той самий час заряд I₁ ∙ t + I₂ ∙ t. Отже, I = I₁ + I₂.

Записуючи на підставі закону Ома:

де R – електричний опір всього кола, отримаємо:

За паралельного з’єднання провідників величина, обернена загальному опору кола, дорівнює сумі величин, обернених опорам паралельно включених провідників. Цей результат є правильним для будь-якої кількості паралельно з’єднаних провідників.

Формули для послідовного і паралельного з’єднання провідників дають змогу в багатьох випадках розраховувати опір складного кола, що складається з багатьох резисторів.

25.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку № 14. Лабораторна робота №7 «Закон Джоуля-Ленца»

Працюємо з підручником:
А.М. Гуржій, A.M. Сільвестров, H.l. Поворознюк Електротехніка з основами промислової електроніки. Київ «Форум» 2002. Стор.

https://youtu.be/u8EVMONKoHw?si=sXE-qVVoat_jPWBi

Valery Alimovich: Закон Джоуля - Ленца

https://youtu.be/1fvc8mn6hbA?si=SkK0ewLeQWLyaMb6

Наталія Андрієнко: Теплова дія струму. Закон Джоуля-Ленца.

https://youtu.be/ijSO3gUm1v8?si=XuEsPO7OKVujnWhb

Дистанційне навчання: Розв'язування задач про роботу і потужність електричного струму

https://youtu.be/n_WpqLs9_6g?si=n6jRvShrjADZ8RoT

Фізика Онлайн: Формула роботи струму. Потужність струму. Кількість теплоти, що виділяється в провіднику.

Обладнання: Лабораторний вольтметр, лабораторний амперметр, магазин опорів, вимикач, лабораторне джерело струму, термометр, секундомір.

Опрацювати матеріал:

1. Закон Джоуля-Ленца.

2. Нагрів провідника під час проходження електричного струму.

3. Інструктаж з охорони праці.

3. Правила проведення експериментів.

4. Висновок.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Записати визначення закону Джоуля-Ленца та формулу.

2. Які чинники, впливають на виділення тепла?

3. Де застосовують закон Джоуля-Ленца?

4. Коли в електричному колі збільшується сила струму?

5. Вирішити задачу: по провіднику проходить струм у 5А. Визначте опір провідника, якщо впродовж 10хв. Виділяється 5 кДж тепла.

6. Визначте, на скільки градусів нагрівається 100г води, якщо на нагрівання їх витрачено кількість теплоти, що виділяється при протіканні струму 5А по провіднику опором 10 Ом протягом 2 хв.

7. Зверніть увагу на відео-уроки, в них є підказки по рішенню задач.

8. Зробити висновок по роботі.

Формулювання закону звучить наступним чином:
Кількість теплоти, що виділяється в провіднику зі струмом, прямо пропорційна силі струму, напрузі й часу проходження струму через провідник.

Математичний запис закону:

Q = I*U*t,
де II — сила струму, U — спад напруги на ділянці кола, tt — час проходження струму.

Застосувавши закон Ома для ділянки кола, закон Джоуля-Ленца можна записати як

Q =I2*R*t,

де RR — опір провідника.

Закон Джоуля-Ленца простими словами означає, що будь-який струм, що проходить через провідник, нагріває його, а кількість тепла, що виділяється, залежить від сили струму (чим більший струм, тим більше тепла), опору провідника (чим вищий опір, тим більше тепла) та часу, протягом якого струм проходить. Чим довше струм проходить або чим сильніший струм і вищий опір, тим більше тепла виділиться.

Що це означає на практиці?

Виділення тепла: Електричний струм — це рух заряджених частинок. Коли вони рухаються через провідник, вони стикаються з атомами провідника, передаючи їм свою енергію. Ця енергія перетворюється на тепло, що нагріває провідник.

Приклади з життя: Цей закон пояснює, чому нагріваються электрочайники, праски чи спіралі лампочок. Нагрівальний елемент у них робиться з матеріалу з високим опором, що дозволяє ефективно виділяти тепло.

Чинники, що впливають на тепло:
         Сила струму (I): Якщо зробити струм у 2 рази сильнішим, тепла виділиться у 4 рази більше (бо це залежить від квадрата сили струму: I²).
         Опір (R): Чим більше опір провідника, тим більше тепла виділиться при однаковій силі струму.
         Час (t): Чим довше проходить струм, тим більше тепла накопичується.

Формула закону

Кількість теплоти (Q), що виділяється, можна обчислити за формулою:

Q = I² * R * t

24.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку № 13. Лабораторна робота №6 «Закон Ома для повного кола»

Працюємо з підручником:

https://youtu.be/MoOxVHxRt_M?si=5oyfD9FIC9mbl1pc

https://youtu.be/mWDaTHEZS48?si=aa3A-mQh56ZrLcSG

Опрацювати матеріал:

1. Закон Ома для ділянки кола.

2. Закон Ома для повного кола

3. Інструктаж з охорони праці.

3. Правила проведення експериментів.

4. Висновок.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Складаємо електричне коло, виконуємо вимірювання, результати заносимо до формул.

2. Повторюємо експеримент змінивши резистор, користуючись формулою знаходимо ЕРС.

3. Далі креслимо та складаємо схему, дотримуючись плану заповнюємо таблицю перевіряючи показники та оформлюємо висновок відносно напруги та ЕРС.

4. Чим відрізняється закон Ома для ділянки та для повного кола.

Пригадаємо Закон Ома для ділянки кола із довжиною l і площею поперечного перерізу S (рис. 1).

Рис. 1. Ділянка електричного кола у вигляді металевого провідника

Нехай провідник перебуває в однорідному електричному полі з напруженістю

E = U / l. Під дією цього поля вільні електрони провідника здійснюють прискорений рух у напрямку, протилежному вектору E. Рух електронів відбувається доти, доки вони не зіткнуться з іонами кристалічної решітки провідника. При цьому швидкість електронів падає до нуля, після чого процес прискорення електронів повторюється знову. Оскільки рух електронів рівноприскорений, то їхня середня швидкість становить:

v_сер = v_max / 2, (2.7)

де v_max – максимальна швидкість електронів перед зіткненням з іонами.

Очевидно, що швидкість v_max прямо пропорційна напруженості поля E;

отже, і середня швидкість пропорційна E. Однак струм і щільність струму визначаються швидкістю руху електронів провідника.

Тому:

J = γE. (2.8)

Цей вираз є диференційною формулою закону Ома. Він зв’язує щільність струму в кожній точці всередині провідника з напруженістю електричного поля в тій самій точці.

Коефіцієнт пропорційності γ називають питомою електричною провідністю. Він залежить від матеріалу провідника і за заданої температури є сталою величиною.

Перетворимо вираз (2.8). Оскільки J = I / S, = U / I, а γ = 1/ρ (ρ – питомий опір), то I / S = (1/ρ)(U / I), звідки:

I = U ρl / S .

Увівши поняття опору провідника через співвідношення ρl/S = R (R – опір провідника), остаточно отримаємо:

I = U/R. Цей вираз є законом Ома для ділянки кола: сила струму на ділянці кола прямо пропорційна напрузі, що додається до цієї ділянки.

Наведені міркування є слушними за умови, що γ, а отже, і R – сталі величини, тобто для лінійного кола, яке характеризується залежністю I = (1/R)U, струм лінійно залежить від напруги. Звідси випливає важливий висновок: закон Ома є правильним для лінійних кіл (R = const). Розглянемо повне коло (рис. 2).

Рис. 2. Схема, що пояснює закон Ома для всього кола

Згідно із законом Ома для ділянки кола U = IR, Uвн = IRвн. Тоді відповідно

до E = U + Uвн = IR + IRвн. Отже: I = E / (R + Rвн). Вираз є законом Ома для всього кола. Сила струму в колі прямо пропорційна ЕРС джерела.

Із виразу E = U + Uвн випливає, що U = E – IRвн, тобто за наявності струму в колі напруга на затискачах навантаження R менша, ніж ЕРС джерела (E) на значення падіння напруги на його внутрішньому опорі (IRвн).

Теоретичні відомості:

За законом Ома в повному колі ЕРС дорівнює сумі всіх спадів напруги на внутрішній і зовнішній ділянках кола ε = U_зовн. + U_вн. Якщо врахувати закон Ома для ділянки кола, то U_зовн. = I · R_зовн., а U_вн., = I · r, де r — внутрішній опір джерела струму.

Отже, ε = IR_зовн. + Іr.

У цьому рівнянні два невідомих, а тому для їх знаходження за правилами алгебри, потрібно щонайменше два рівняння, в які входять ці невідомі.

Для отримання таких двох рівнянь проведемо дослідження експериментального кола за двома етапами.

1) Складемо електричне коло, в яке входять джерела струму, амперметр, вимикач і магазин опорів, у якому відомі значення всіх опорів, що до нього входять. Оберемо деяке середнє значення опору R₁ і замкнемо коло. Стрілка амперметра покаже деяке значення сили струму I₁. Тоді ε = I₁R₁ + I₁r.

2) Повторимо дослід, замінивши резистор у магазині опорів на деяке значення R₂. Для цього випадку ε = I₂R₂ + I₂r.

1. Накреслимо послідовне коло з джерела струму, амперметра, магазина опорів і вимикача.

2. За накресленою схемою складемо електричне коло.

3. У магазині опорів увімкнемо резистор опором 2 Ом.

4. Замкнемо коло і знімемо показання амперметра І₁.

5. Увімкнемо резистор в магазині опорів на 5 Ом.

6. Замкнемо коло і знімемо покази амперметра І₂.

7. Результати вимірювань занесемо до таблиці.

8. Знайдемо значення ЕРС і внутрішній опір джерела.

9. За розімкнутого кола виміряємо напругу U на клемах джерела.

№ з/п	Сила струму, А	Опір зовнішнього кола, Ом	Внутрішній опір, Ом	ЕРС₁ джерела, В	ЕРС₂ джерела, В	Напруга на клемах джерела, В
1	1,2	2	1,0	3,6	3,6	3,6
2	0,6	5	1,0	3,6	3,6	3,6

Висновок: Напруга U на клемах джерела при розімкненому ключі дорівнює ЕРС джерела струму.

23.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку № 12. Лабораторна робота №5 «Закон Ома для ділянки кола»

Працюємо з підручником:

https://youtu.be/W7XFO4fAx7A?si=9uRPPGkn3bPx-R-L

https://youtu.be/mWDaTHEZS48?si=aa3A-mQh56ZrLcSG

Опрацювати матеріал:

1. Закон Ома для ділянки кола.

2. Інструктаж з охорони праці.

3. Правила проведення експериментів.

4. Висновок.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Експеримент 1. Складіть схему, виконайте вимірювання, результати занесіть в таблицю.

2. Проаналізуйте експеримент №1 і його результати. Сформулюйте висновок.

3. Експеримент 2. Складіть електричне коло, виконайте вимірювання, результати занесіть в таблицю.

4. Проаналізуйте експеримент №2 і його результати. Сформулюйте висновок.

Обладнання: джерело струму, 2 резистори, амперметр, вольтметр, ключ, з'єднувальні проводи.

Хід роботи

Підготовка до експерименту

Накресліть схему електричного кола, що складається з джерела струму, двох резисторів і ключа, з’єднаних послідовно.

Експеримент 1.

Дослід 1. Порівняння сили струму в різних ділянках кола, яке містить послідовне з’єднання провідників.

1. Складіть електричне коло за накресленою вами схемою.

2. Виміряйте силу струму, увімкнувши амперметр спочатку між джерелом струму і першим резистором (I₁), потім між ключем і другим резистором (I₂), а потім між ключем і джерелом струму (I). Накресліть схеми відповідних електричних кіл.

3. Результати вимірювань занесіть до табл. 1 і зробіть висновок.

Таблиця 1

Дослід 2. Порівняння загальної напруги на ділянці кола, яка складається з послідовно з’єднаних резисторів, і суми напруг на окремих резисторах.

1. У колі, складеному для проведення досліду 1, виміряйте напругу спочатку на першому резисторі (U₁), потім на другому резисторі (U₂), а потім на обох резисторах (U). Накресліть схеми відповідних електричних кіл.

2. Результати вимірювань занесіть до табл. 2. Закінчіть заповнення таблиці та зробіть висновок.

Таблиця 2

Опрацювання результатів експерименту

1. Використовуючи результати дослідів 1 і 2, обчисліть опір першого резистора (R₁), другого резистора (R₂) та опір ділянки кола, яка містить обидва резистори (R).

2. Результати обчислень занесіть до табл. 3. Закінчіть заповнення таблиці, зробіть висновок.

Таблиця 3

Аналіз першої частини експерименту та його результатів.

Проаналізуйте експеримент і його результати. Сформулюйте висновок, у якому зазначте:

1) які співвідношення для послідовно з’єднаних провідників ви перевіряли та які результати одержали;

2) які чинники могли вплинути на точність отриманих вами результатів.

3. Накресліть схему електричного кола, що містить дві паралельно з’єднані лампи, які через ключ з’єднані з джерелом струму.

Експеримент 2.

1.Перейдіть за покликанням https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab/latest/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab_uk.html?authuser=0

Дослід 3. Порівняння сили струму на різних ділянках кола, що містить паралельне з’єднання провідників.

1.Складіть електричне коло за схемою.

2. Приєднавши амперметр до відповідної ділянки кола, виміряйте силу струму І₁, який тече в лампі 1, силу струму І₂, який тече в лампі 2 і силу струму I, який проходить у нерозгалуженій частині кола,

3.Накресліть схеми відповідних електричних кіл.

Схеми електричних кіл.

4. Результати вимірювань занесіть до таблиці1. Зробіть висновок.

Дослід 4. Порівняння напруги на різних ділянках кола, що містить паралельне з’єднання провідників.

1.Виміряйте напругу U на лампах.

2. Результати вимірювань занесіть до табл. 2. Зробіть висновок.

Опрацювання результатів експерименту.

Використовуючи дані з дослідів 1 і 2, обчисліть опори на кожній з лампочок та загальний опір усієї ділянки кола. Для обчислення використайте закон Ома. Загальний опір перевірте додатково, за формулою розрахунку опору для двох паралельно з’єднаних опорів. Результати обчислень занесіть до табл.3. Зробіть висновок.

ВИСНОВОК. В ході лабораторної роботи ми дослідним шляхом перевірили ……. і визначили що для послідовного та паралельного з’єднаних провідників

сила струму на ділянці кола ……

напруга на ділянці кола………

величина, обернена до опору ділянки кола ……

23.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку № 11. Лабораторна робота №4 «Послідовне і паралельне включення джерел струму».

Працюємо з підручником:

https://youtu.be/tkjBjSskHHY?si=D86T83DnLOFXK8V9

Опрацювати матеріал:

1. Джерела струму.

2. Послідовне з'єднання джерел струму.

3. Паралельне з'єднання джерел струму.

4. Послідовно-паралельне з'єднання джерел струму.

5. Правила безпеки.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Які джерела струму ви знаєте?

2. Що відбувається при послідовному з'єднання АКБ.

3. Що відбувається при паралельному з'єднання АКБ.

4. Чому дорівнює струм при різних підключеннях?

5. Чому дорівнює напруга при різних підключеннях?

6. Накресліть схему для послідовного, паралельного та змішаного підключення джерел струму.

7. Зберіть схеми, виконайте вимірювання, результати запишіть.

8. Проаналізуйте результати вимірювань, зробіть висновок.

Обладнання: джерела струму, перетинки, амперметр, вольтметр, ключ, з'єднувальні проводи.

При послідовному з'єднанні джерел струму їхня загальна напруга дорівнює сумі напруг окремих джерел, а струм однаковий для всіх джерел. При паралельному з'єднанні напруга залишається однаковою для всіх джерел, а загальний струм кола дорівнює сумі струмів, що протікають через кожне джерело. Послідовне з'єднання збільшує загальну напругу, тоді як паралельне — загальну потужність і силу струму.

Послідовне з'єднання

Призначення: Збільшити загальну напругу кола.
Характеристики:

Напруга: Сумується. Якщо у вас є N джерел по V напруги кожне, загальна напруга буде N * V.
Струм: Однаковий у кожному джерелі.
Приклад: З'єднання трьох батарейок по 1.5В послідовно дасть загальну напругу 4.5В.

Правила безпеки: Напруга на кожному джерелі має бути однаковою, а також необхідно дотримуватися правильної полярності підключення (плюс до мінуса).

Паралельне з'єднання

Призначення:

Збільшити загальну силу струму або потужність.

Характеристики:

Напруга: Однакова для всіх джерел.
Струм: Сумується. Загальний струм є сумою струмів через кожне джерело.
Приклад: Якщо вам потрібно більше струму, а не напруги, ви можете з'єднати джерела паралельно.

Важливі моменти:

Напруга джерел має бути однаковою.
Кожне джерело повинно бути здатне витримувати необхідний струм.

Схеми з'єднання акумуляторних батарей АКБ.

Прийняті позначення:

· V – напруга, В

· C – ємність, А/год

Ємність акумулятора - це той проміжок часу акумулятор АКБ зможе забезпечувати живлення підключеного до нього навантаження. Ємність акумулятора вимірюють в ампер-годинах, а для невеликих акумуляторів – в міліампер-годин.

1. Послідовне з'єднання АКБ.

Для послідовного з'єднання акумуляторів, до "плюса" електричної схеми підключають позитивну клему першого акумулятора АКБ, використовуючи перемичку. До його негативній клемі підключають позитивну клему другого акумулятора АКБ і т. д. Негативну клему останнього акумулятора підключають до "мінуса" електричної схеми (див. рис. 1).

Рис. 1 Електрична схема послідовного з'єднання акумуляторів.

Рис. 2 Послідовно з'єднані акумулятори.

Рис. 3 Послідовно з'єднані акумулятори подвійний перемичкою.

Отримана при послідовному з'єднанні акумуляторна батарея має ту ж ємність, що і у одиночного акумулятора, а напруга такий акумуляторної батареї дорівнює сумі напруг входять до неї акумуляторів. Тобто якщо акумулятори мають однакові напруги, то напруга батареї дорівнює напрузі одного акумулятора, помноженому на кількість акумуляторів в акумуляторній батареї (див. рис. 4).

Еквівалентний внутрішній опір послідовно з'єднаних акумуляторів дорівнює сумі їх внутрішніх опорів.

Рис. 4. Послідовне з'єднання 4-х акумуляторних батарей.

У розглянутому прикладі (рис. 4) чотири акумуляторні батареї V=12,=100 А/ч при послідовному з'єднанні дають:

· загальна напруга VΣ = 48 В

· загальна ємність CΣ = 100 А/ч.

2. Паралельне з'єднання АКБ.

При паралельному з'єднанні, акумулятори з'єднують так, щоб позитивні клеми всіх акумуляторів були підключені до однієї точці електричної схеми ("плюса"), а негативні клеми всіх акумуляторів були підключені до іншої точки схеми ("мінуса") (див. рис. 5).

Рис. 5 Електрична схема паралельного з'єднання

Рис. 6 Паралельно сполучені акумулятори.

Отримана при паралельному з'єднанні акумуляторна батарея АКБ має те ж напруга, що і у одиночного акумулятора, а ємність такої акумуляторної батареї дорівнює сумі ємностей входять до неї акумуляторів. Тобто якщо акумулятори мають однакові ємності, то ємність акумуляторної батареї дорівнює ємності одного акумулятора, помноженої на кількість акумуляторів у батареї.

У прикладі (рис. 6) дві акумуляторні батареї V=12,=100 А/ч при паралельному з'єднанні дають:

• загальна напруга VΣ = 12 В

• загальна ємність CΣ = 200 А/год

3. Послідовно-паралельне з'єднання АКБ.

Дуже часто виникають ситуації, коли необхідно збільшувати і ємність і напруга. В такому випадку використовують послідовно-паралельні з'єднання АКБ.

Рис. 7 Приклад послідовно-паралельного з'єднання АКБ

У розглянутому прикладі (рис. 7) вісім акумуляторних батарей V=12,=100 А/год за чотири АКБ з'єднані послідовно в Ланцюг А і Ланцюг , а Ланцюг А і Ланцюг В з'єднані паралельно, відповідно при такій схемі:

· загальна напруга VΣ = 48 В

· загальна ємність CΣ = 200 А/год.

22.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку № 10. Лабораторна робота №3 «Види з’єднань елементів кола. Закони Кірхгофа».

Працюємо з підручником:

А.М. Гуржій, A.M. Сільвестров, H.l. Поворознюк Електротехніка з основами промислової електроніки. Київ «Форум» 2002..

Опрацювати матеріал:

1. Вузол електричного кола

2. Вітка електричного кола.

3. Замкнений контур електричного кола.

4. Перший закон Кірхгофа.

5. Другий закон Кірхгофа.

6. Поняття про розрахунок складних кіл

7. Обговорення проблемної ситуації.

8. Переконання за допомогою дослідів у правильності законів Кірхгофа.

9. Проведення обрахунків дослідних даних.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Яке значення мають Закони Кірхгофа?

2. Скільки видів з’єднань тягових двигунів в електровозі?

3. Де застосовують послідовно-паралельне перемикання тягових двигунів?

4. Дати відповіді на міні-тест.

5. Дати визначення першому закону Кірхгофа.

6. Дати визначення другому закону Кірхгофа.

7. Перевіримо справедливість законів Кірхгофа дослідним шляхом.

Тема сьогоднішнього уроку «Закони Кірхгофа». Закон Ома встановлює залежність між силою струму, напругою і опором для простого електричного кола, яке являє собою один замкнений контур. На практиці зустрічаються більш складні (розгалужені) електричні кола, в яких є декілька замкнених контурів і декілька вузлів до яких підходять струми, що проходять по окремих вітках. Значення струмів і напруг для таких кіл можна знаходити застосовуючи закони Кірхгофа.

Німецький вчений Густав Кірхгоф мав досягнення не лише у фізиці, а й у хімії, теоретичній механіці, термодинаміці. В електротехніці використовується закономірність, яку він встановив для електричного кола, із двох співвідношень.

Закони Кірхгофа (також їх називають правилами) описують розподіл струмів у вузлах і падіння напруги на елементах контуру. Закони Кірхгофа мають особливе значення в електротехніці через свою універсальність, адже придатні для вирішення будь-яких електротехнічних завдань. Вони встановлюють співвідношення між струмами і напругами в розгалужених електричних колах.

Електричні кола сучасних електровозів постійного і змінного струмів містять багато електричних машин, апаратів і приладів. Спрацьовування будь-якого апарата силового кола електровоза завжди призводить той або інший вплив на тягові двигуни–здійснюється їхній пуск, регулюється частота обертання, змінюється напрямок обертання (реверсування), виконується перемикання в режим електричного гальмування тощо. Отже, треба насамперед знати, як влаштовані і як працюють тягові двигуни і їх види з’єднань.

В електровозі передбачені три з’єднання тягових електродвигунів: послідовне, послідовно-паралельне і паралельне . В тяговому режимі можлива робота на всіх з’єднаннях з вимкненими ушкодженими двигунами.

Наприклад, на чотиривісних електровозах може бути використано послідовне з’єднання тягових двигунів (рис.1а); при цьому напруга, що підводиться до двигуна, в 4 рази менша напруги U на контактній мережі і двигун має деяку мінімальну частоту обертання. При з’єднанні двигунів в дві паралельні групи (рис.1 б), в кожну з яких під’єднано по два послідовно з’єднаних двигуни, напруга, яка підводиться до кожного двигуна, буде в 2 рази менша напруги U в контактній мережі і частота його обертання більша в 2 рази більша за мінімальну частоту обертання при послідовному з’єднанні тягових двигунів.

Послідовно-паралельне перемикання тягових двигунів застосовують також на тепловозах.

Створення проблемної ситуації.

Вивчаючи тему сьогоднішнього уроку, отримавши відповідні знання,

вам пропонується застосувати І і ІІ закони Кірхгофа на прикладі послідовного і паралельно-послідовного з’єднання двигунів чотиривісного електровоза постійного струму. При ввімкнені електродвигунів постійного струму на електрорухомому складі послідовно і в дві паралельні групи їх можна розглядати, як деякі джерела ЕРС. Знаючи, що при послідовному з'єднанні до затискачів кожного двигуна прикладається по 500В, при послідовно-паралельному по 1000В. струм підводиться не менше 750 А. (рис. 1).

рис. 1. Схеми з’єднання тягових електродвигунів чотиривісного

електровоза постійного струму.

Записати рівняння знаходження електрорушійної сили джерела енергії і рівняння сили струму в колі.

а) при послідовному з'єднанні:

При послідовному з’єднанні тягових двигунів

А. застосовуючи І закон Кірхгофа

застосовуючи ІІ закон Кірхгофа

б) при послідовно-паралельному в електричному колі є дві вітки, на яких приєднані тягові двигуни.

Застосовуючи ІІ закон Кірхгофа

, вибравши додатній напрям обходу контура за годинниковою стрілкою отримаємо:

Пройти міні-тест за основними питаннями попередніх тем:

1. Сила струму на зовнішній ділянці всього кола прямо пропорційно залежить від:

а) напруги; в) опору;

б) заряду; г) електрорушійної сили.

2. Сила струму на ділянці кола оберненопропорційно залежить від ...

а) напруги; в) опору;

б) заряду; г) електрорушійної сили.

3. Яка з формул є законом Ома для ділянки кола:

а) U =I / R; в) I =E / R + r;

б) I =U / R; г) E = IR + Ir = I(R + r).

4. Енергія або робота в одиницю часу це —

а) потужність; в) струм;

б) період; г) швидкість.

5. Опір – величина, яка характеризує властивість ділянки електричного кола, протидіяти проходженню електричного струму і не залежить від:

а) довжини проводу;

б) поперечного перерізу проводу;

в) матеріалу провідника;

г) ізоляції провідника.

6.Напруга визначається за формулою:

а) U = A·q; в) U =q/A;

б)U = A/q; г) U = F/q.

Для електричного кола, що складається з послідовно з'єднаних джерела та приймача енергії, співвідношення між силою струму, ЕРС та опором усього кола або між силою струму, напругою та опором на якійсь ділянці кола визначається законом Ома. Проте на практиці використовуються переважно такі кола, в яких струм від певного пункту може проходити різними шляхами і в яких, отже, є точки, де сходяться кілька провідників. Ці точки називаються вузлами (вузловими точками), а ділянки кола, що з'єднують два сусідні вузли,—відгалуженнями кола.

Наведемо основні складові електричних кіл.
Електричним колом називають замкнутий контур, який складається з джерела струму, споживачів енергії та з'єднувальних проводів, через які проходить електричний струм.
Вузол - точка з’єднання декількох, але не менше трьох віток складного кола.

Вітка –ділянка кола, яка немає відгалужень, через всі елементи якої протікає один і той же струм.

Замкнений контур - сукупність віток, по яких , починаючи з будь-якого з вузлів, можна здійснювати замкнений обхід у вибраному напрямі.

рис.2

Розглянемо схему на рис.2 і визначимо вузли, вітки, замкнені контури.

Точки А, Б, В, Г – вузлові точки.

Вітки – АД, ЕА, БВ, ВГ, АГ, АБ, АВ, БЕ, ДГ.

1-й контур – БЕАДГВБ;

2-й контур – БАВБ;

3-й контур – АГВА;

4-й контур – БАГВБ;

5-й контур – АДГА;

6-й контур – ЕАВБЕ;

7-й контур – ДГВАД;

8-й контур – ЕАБЕ;

9-й контур – АГВБЕА;

10-й контур – БАДГВБ.

Перший закон Кірхгофа

Перший закон Кірхгофа випливає із закону збереження заряду. Він встановлює залежність між струмами для вузлів електричного кола до яких підходить декілька віток.

Сума сил струмів, що підходять до вузла (вузлової точки) електричного кола, дорівнює сумі сил струмів, що відходять від цього вузла, або алгебраїчна сума сил струмів у вузловій точці електричного кола дорівнює нулеві.

Струми, що підходять до вузла, вважаються додатними, а ті що відходять від вузда – від’ємними.

рис. 3.

Припустимо, що у вузлі А сходяться 5 провідників з різними напрямками струму, то в лівій частині рівності буде сума сил струмів, що підходять до вузла, а в правій – сума сил струмів, що відходять від нього.

-І₁ + І₂+ (- І₃) + І₄+ (- І₅) = 0;

І₂+ І₄ = І₁ + І₃+ І₅.

Другий закон Кірхгофа

Якщо перший описує розподіл струмів у вітках, другий закон Кірхгофа звучить так: «Сума падінь напруг у контурі дорівнює сумі всіх ЕРС». Простими словами формулювання звучить так: «У всякому замкненому електричному колі алгебраїчна сума всіх ЕРС дорівнює алгебраїчній сумі спадів напруг на опорах ,приєднаних послідовно в це коло».

E1+E2+E3+…+En=I1R1+I2R2+I3R3+…+InRn;ΣЕ = ΣIR

Для складання рівнянь довільно вибирають напрямок обходу кола і напрямок протікання струму,

Якщо в електричне коло ввімкнено два джерела енергії, ЕРС яких вбігаються

за напрямком, тобто ввімкнені згідно(рис. 4, а), то ЕРС усього кола дорівнює сумі ЕРС цих джерел: Е= Е1 + Е2.

Якщо ж у коло ввімкнено два джерела, ЕРС яких мають протилежні

напрямки, тобто ввімкнені зустрічно(рис. 4, б), то загальна ЕРС кола дорівнює різниці між ЕРС цих джерел: Е = Е1 —Е2

рис.4. З’єднання джерел електричної енергії:

а) згідне; б) зустрічне.

У разі послідовного ввімкнення в електричне коло кількох джерел енергії з

різними напрямками ЕРС загальна ЕРС дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС усіх джерел. Додаючи, ЕРС одного напрямку беруть зі знаком плюс, а ЕРС протилежного напрямку — зі знаком мінус.

рис.5. Замкнене електричне коло

У разі послідовного ввімкнення в електричне коло кількох джерел енергії з

Різними напрямками ЕРС загальна ЕРС дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС усіх джерел. Додаючи, ЕРС одного напрямку беруть зі знаком плюс, а ЕРС протилежного напрямку — зі знаком мінус.

Замкнене коло є частиною складного кола (рис. 5, де замкнене коло Позначено літерами а, б, в, г). Оскільки з точок а, б, в, г відходять відгалуження, то сили струмівІ1 I2, I3, I4, відрізняючись значеннями, можуть мати різні напрямки. Для такого кола, згідно з другим законом Кірхгофа, можна записати:

Е1 —Е2 —E3 = І1 (R01 + R1) + I2 (R02 + R2) +I3 (R03 + R3) +I4R4,

де R01, R02, R03, — внутрішні опори джерел енергії;

R1, R2, R3, R4 – опори приймачів енергії.

В окремому випадку, за відсутності відгалужень і послідовного з’єднання провідників. Загальний опір дорівнює сумі всіх опорів.

Якщо зовнішнє коло джерела енергії з внутрішнім опором R0 складається, наприклад, із трьох послідовно з'єднаних резисторів з опорами відповідно R_1,

R2, R3. То на основі другого закону Кірхгофа можна записати:

Е = І (Rо+ R1 + R2 + R3). Якби було кілька джерел струму, то ліва частина цього рівняння являла б собою алгебраїчну суму ЕРС цих джерел.

За паралельного з'єднання двох чи більше джерел енергії сили струмів, що проходять у них, у загальному випадку неоднакові.

Якщо два паралельно з'єднані джерела енергії (рис. 6), які мають ЕРС Е1 та Е2 і внутрішні опори R1 та R2, замкнути на якийсь зовнішній опір R, то сили струмів у зовнішньому колі I і в джерелах I1 таI2 можна визначити з таких виразів I=I1+I2; I=U/R; I1=(E-U)/R1; I2=(E2-U)/R2. Звідси сила струму зовнішньому колі I=(E1R2+E2R1)/(R1R2+RR1+RR2). Сили струмів, що протікають через перше і друге джерела енергії: I1 = (Е1 —IR)/R1; I2 = (E-IR)/R2.

рис.6. Паралельне з’єднання джерел енергії

Для визначення сили струму у всіх відгалуженнях кола треба знати опір відгалужень, а також значення і напрямок усіх ЕРС.

Перед складанням рівнянь за законами Кірхгофа треба довільно прийняти напрямки струмів у відгалуженнях і показати їх на схемі стрілками. Якщо дійсний напрямок струму в будь-якому відгалуженні протилежний вибраному, то після розв'язання рівнянь цей струм буде зі знаком мінус. Кількість потрібних рівнянь дорівнює кількості невідомих струмів, причому кількість рівнянь, що складаються за першим законом Кірхгофа, має бути на одиницю менша від кількості вузлів у колі; решта рівнянь складаються за другим законом Кірхгофа, причому слід вибрати найбільш прості контури і так, щоб у кожному з них було б хоч одне відгалуження, яке не входило в раніше складені рівняння.

Перевіримо справедливість законів Кірхгофа дослідним шляхом.

- Проведення експериментів, обробка результатів (лабораторія електротехніки – групова форма роботи).

- Інструктаж з охорони праці під час роботи з приладами (проводиться перед початком роботи в лабораторії).

Дослід №1.Паралельне з’єднання приймачів електроенергії і перевірка першого закону Кірхгофа.

Схема №1.

Дослідити: перший закон Кірхгофа

Виміряти:

1. загальний струм в колі;

2. струми на окремих ділянках кола;

3. напругу мережі;

4. перевірити перший закон Кірхгофа.

Обчислити: провідність ділянок.

Обчислення: Провівши експеримент , отримали: І_заг=0,22 А; U_заг=10В;

Вимірюючи силу струму на кожному резисторі окремо, маємо:

1. на резисторі R₂: І₂=0.14 А, а І_3,4,5=І₃+І₄+І₅= 0,08 А тоді за першим законом Кірхгофа маємо : І_заг=І₂+ І₃+І₄+І₅=0,14+0,08=0,22 А;

2. на резисторі R₃; І₃=0,08 А, а І_2,4,5= І₂+І₄+І₅= 0,14 А тоді за першим законом Кірхгофа маємо : І_заг=І₂+ І₃+І₄+І₅=0,08+0,14=0,22 А;

3. на резисторі R₄; І₄=0,04 А, а І_2,3,5= І₂+І₃+І₅= 0,18 А; тоді за першим законом Кірхгофа маємо : І_заг=І₂+ І₃+І₄+І₅=0,04+0,18=0,22 А;

4. на резисторі R₅; І₅=0,04 А, а І_2,3,4= І₂+І₃+І₄= 0,18 А; тоді за першим законом Кірхгофа маємо : І_заг=І₂+ І₃+І₄+І₅=0,04+0,18=0,22 А.

Перевіримо перший закон Кірхгофа:

I = I₂ + I₃ + I₄ + I₅ = 0,14 + 0,08 + 0,08 + 0,04 + 0,04 = 0,3 А ;

U_заг=U₂=U₃=U₄=U₅=10B.

Знайдемо опори кожної ділянки :

Знайдемо провідності кожної ділянки:

Отже I=U(g₁+g₂+g₃+g₄)=10∙ ( 0,014 + 0,008 + 0,004 + 0,004) = 0,3 А.

Враховуючи похибки вимірювань в чотирьох випадках, 0,02·4 = 0,08 А, тому

0,3 – 0,08 = 0,22 А.

Зробити висновки: Провівши вимірювання в колі постійного струму з паралельним з’єднанням з показів електровимірювальних приладів було видно, що напруга в усьому колі однакова і на кожній ділянці також, а сила струму в колі дорівнює сумі сил струмів на кожній окремій ділянці кола. Дослідним шляхом перевірили вірність першого закону Кірхгофа.

Дослід №2. Послідовне з’єднання приймачів електроенергії і перевірка другого закону Кірхгофа.

Схема №2

Дослідити: другий закон Кірхгофа

Виміряти:

1. загальний струм в колі;

2. за допомогою вольтметра спад напруг на кожній ділянці послідовного кола;

3. напругу мережі;

4. перевірити другий закон Кірхгофа.

Обчислити:

1. опір кожної ділянки;

2. загальну напругу за законом Кірхгофа.

Обчислення: Провівши експеримент , отримали:

I_заг= 39mA=39∙10^-3А = 0,039 А; U_заг= 30B;

Вимірюючи напругу на кожному резисторі окремо, маємо:

U₂=7,9B; U₃=7,5B; U₄=7,9B; U₅=7,5B, тоді

Знайдемо опори кожної ділянки :

Езаг= 0,039· 184,6 + 0,039· 197,4 + 0,039· 200 + 0,039· 187,1 = 7,19 + 7,69 + 7,8 + 7,29 = 29,97 В ≈ 30 В.

U_заг=U₂+U₃+U₄+U₅=7,2+7,7+7,8+7,3=30B;

І_заг=І₂=І₃=І₄=І₅=39∙10^-3А.

Зробити висновки: При проведенні досліду №2 покази електровимірювальних приладів довели, що в колі постійного електричного струму з послідовним з’єднанням опорів сила струму однакова у всьому колі і на кожній його ділянці, а сума всіх спадів напруг на кожній ділянці кола дорівнює загальній ЕРС в колі. Дослідним шляхом перевірили вірність другого закону Кірхгофа. Роботу записати.

18.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку № 9. Режими роботи електричного кола.

Працюємо з підручником:
А.М. Гуржій, A.M. Сільвестров, H.l. Поворознюк Електротехніка з основами промислової електроніки. Київ «Форум» 2002. Стор. 32.

Опрацювати матеріал:

1. Електричне коло.

2. Джерела електричної енергії.

3. Споживачі електричної енергії.

4. Передавальні елементи кола.

5. Основні елементи електричного кола

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Що називають електричним колом?

2. Які джерела електричної енергії застосовують на залізниці.

3. Що відноситься до передавальних елементів?

4. В яких режимах може працювати електричне коло?

5. Чим визначається режим електричного кола?

6. Опишіть режими електричного кола.

         Електричним колом називають сукупність приладів, призначених для отримання, передавання, перетворення і використання електричної енергії.
         Важливу роль у відкритті законів і явищ електротехніки та створенні на їхній базі таких приладів відіграли видатні вчені Андре-Марі Ампер, Джеймс Прескотт Джоуль, Андерс Цельсій, Джеймс Ватт. Іменами цих вчених названо одиниці вимірювання електричних і фізичних параметрів.
         Джерелами електричної енергії є електричні генератори, у яких механічна енергія перетворюється на електричну, а також первинні елементи й акумулятори, у яких відбувається перетворення хімічної, теплової, світлової та інших видів енергії на електричну.
         До споживачів електричної енергії належать електродвигуни, різноманітні нагрівальні, світлові прилади тощо. Усі споживачі електричної енергії мають певні параметри, які визначають властивості елементів споживати енергію з електричного кола і перетворювати її на інші види енергії (незворотні процеси), а також створювати власні електричні або магнітні поля, у яких енергія може накопичуватися і за певних умов повертатися в електричне коло.
         Елементи електричного кола постійного струму мають тільки один параметр – опір.
         Передавальні елементи кола пов’язують джерела і приймачі. Окрім електричних дротів, до цієї ланки можуть входити апарати для увімкнення і вимкнення кола, прилади для вимірювання електричних параметрів (амперметри, вольтметри), пристрої захисту (запобіжники), перетворювальні пристрої (трансформатори) тощо.
         Будь-яке електричне коло характеризується струмом, електрорушійною силою і напругою.
         Електричне коло може працювати в таких чотирьох основних режимах: номінальному, холостого ходу (або неробочому ходу), короткого замикання та узгодженому.
         Режим визначається співвідношенням опору навантаження (зовнішньої ділянки кола) та внутрішнього опору джерела живлення.
Опис кожного режиму:
1.     Номінальний режим
·         Це стандартний, робочий режим, в якому коло повинно працювати в нормальних умовах.
·         Співвідношення опорів навантаження та джерела живлення є таким, що забезпечує нормальну роботу пристроїв.
2.     Режим холостого ходу (або неробочий хід)
·         Виникає, коли коло розімкнене (немає навантаження), тобто опір навантаження дорівнює нескінченності.
·         Струм у колі в цьому режимі практично дорівнює нулю, а напруга на клемах джерела дорівнює його електрорушійній силі (ЕРС).
3.     Режим короткого замикання (КЗ)
·         Виникає, коли опір навантаження наближається до нуля.
·         Це небезпечний режим, оскільки призводить до протікання значного струму, що може призвести до пошкодження джерела живлення та проводів.
4.     Узгоджений режим
·         Це режим, за якого потужність, що віддається джерелом в навантаження, є максимальною.
·         Досягається тоді, коли опір навантаження дорівнює внутрішньому опору джерела живлення.

         Режими роботи електричного кола Розглянемо нерозгалужене електричне коло постійного струму (рис.1). До полюсів джерела з ЕРС E та внутрішнім опором Rвн за допомогою двох провідної лінії з опором Rл підключено навантаження (споживач) зі змінним опором Rн. Зі зміною опору Rн струм I, напруги на полюсах приймача U₂, та на полюсах джерела U₁ також будуть змінюватись.

Рис.1 – Схема електричного кола з джерелом, та навантаженням,
з’єднаних двопровідною лінією
Виділяють 4 основні режими роботи електричного кола: номінальний, неробочий хід (НХ), короткого замкнення (КЗ) та узгоджений.
Номінальний – це режим, в якому усі елементи електричного кола за нормальними умовами навколишнього середовища можуть виконувати своє функціональне призначення досить тривалий час (час визначається технічним паспортом) із заданою надійністю. Режим характеризують номінальні: напруга Uном, струм Iном, потужність Pном і ККД ᶯ
ном, які вказані у паспорті або на щитку пристрою. Відповідно до номінальної напруги розраховується ізоляція струмопровідних частин пристроїв, а по номінальному струму – переріз провідників і умови їх максимального нагріву. В цьому режимі струм за законом Ома для повного кола визначається як:I напруга на приймачі, (1.20)

(1.21)

потужність, яка споживається приймачем,

(1.22)

потужність, яка виробляється джерелом

(1.23)

Коефіцієнт корисної дії (ККД), що характеризує ефективність передачі енергії від джерела до приймача, дорівнює .

(1.24)

Неробочий хід – це режим, в якому електричне коло розірване і струм відсутній I = 0. Приймач відключений вимикачем К.

U1=U2=Е (1.25)

Коротке замикання – це режим, в якому опір приймача наближається до нуля, або провідником замкнуті його полюси, а також коли замкнуті провідники лінії або полюси джерела. Режим характеризується тим, що напруга приймача U₂ = 0, а струм Iкз >> Iном.

(1.26)

Максимальний струм КЗ буде при замиканні затисків генератора:

(1.27)

Так як опір проводів Rл та внутрішній опір джерела Rвн мають малі значення, то величина струму КЗ багатократно перевищує номінальний струм. Причинами КЗ можуть бути пошкодження ізоляції і безпосереднє зіткнення струмопровідних частин або дротів електричного кола, які знаходяться під різними потенціалами, порушення правил техніки безпеки та експлуатації. Режим КЗ, як правило, є аварійним, тому, що струм КЗ багатократно перевищує номінальний, і через термічну та електродинамічну дію він викликає пошкодження ізоляції, механічне та термічне пошкодження елементів електричного кола.

Узгодженим називають режим, в якому потужність, яку віддає джерело у зовнішнє коло, є максимальною, якщо змінною величиною є опір приймача. Режим є можливим при певних значеннях опору приймача Rн.

Скориставшись виразом (1.22), знайдемо максимум потужності, яка споживається приймачем.

За допомогою виразу

, отримуємо умову узгодженого режиму

(1.28)

При цьому ККД ᶯ=0,5, а струм Iу=0,5Iкз>>Iном. Узгоджений режим використовують у малопотужних пристроях радіо і автоматики.

17.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку № 8. ЕРС і напруга джерела живлення. Закон Ома для повного кола..

Працюємо з підручником:

А.М. Гуржій, A.M. Сільвестров, H.l. Поворознюк Електротехніка з основами промислової електроніки. Київ «Форум» 2002. Стор. 16, 17.

https://youtu.be/MoOxVHxRt_M?si=5oyfD9FIC9mbl1pc

Опрацювати матеріал:

1. Електрорушійна сила.

2. Сторонні сили.

3. Схема найпростішого електричного кола.

4. Вольтметр.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Які сили називають електрорушійними?

2. Дайте визначення стороннім силам.

3. Як поділяють сторонні сили?

4. Чому дорівнює ЕРС?

5. Як себе ведуть різнойменні заряди (позитивний і негативний) та однойменні.

6. Чим вимірюють напругу в електриці?

7. Як під’єднують вольтметр?

8. Що називають напругою?

Електрорушійна сила і напруга. Для протікання електричним колом струму необхідно, щоб у колі були елементи, які переміщують електричні заряди, збільшуючи їхню енергію. Сили, які виконують цю функцію, називаються сторонніми силами. За своєю природою сторонні сили можуть бути різноманітні: хімічні, як у електричних батареях і акумуляторах, термоелектричні, як у термопарах, чи зумовлені явищем електромагнітної індукції, як у генераторах електричного струму. Кожне джерело живлення характеризується своєю електрорушійною силою й внутрішнім опором.

У результаті розділення всередині джерела позитивних і негативних зарядів джерело набуває запасу потенціальної енергії, яка витрачається на використання роботи з переміщення зарядів по всьому колу. Ту частину замкненого кола, в якій заряди рухаються під дією електростатичної різниці потенціалів називають зовнішньою, а ту, в якій носії заряду рухаються під дією сторонніх сил - внутрішньою. Полюси джерела струму розділяють внутрішню і зовнішню ділянки кола.

Сторонні сили забезпечують розділення різнойменно заряджених частинок в джерелі (у внутрішньому колі) та підтримують певну різницю потенціалів на полюсах, тим самим зумовлюючи рух зарядів у зовнішньому колі. Отже робота сторонніх сил дорівнює сумі робіт, що виконуються по переміщенню заряду на внутрішній і зовнішній ділянці кола. Аст=Авн+Азовн. Розглянемо найпростіше електричне коло (рис. 1) із джерелом електричної енергії Е і споживачем R.

Рис. 1. Схема найпростішого електричного кола

Припустимо, що в джерелі перетворюється будь-який вид енергії на електричну. Це відбувається унаслідок дії так званих сторонніх (неелектричних) сил, які виробляють усередині джерела поділ зарядів. Якщо коло виявляється замкнутим через споживача, то розділені заряди під дією електричного поля, що виникло, намагаються об’єднатися. Унаслідок руху зарядів у ланцюзі виникає струм і в споживачі витрачається енергія, запасена джерелом. Для кількісної оцінки зазначених енергетичних перетворень у джерелі слугує величина, яку називають електрорушійною силою (ЕРС).

ЕРС дорівнює роботі, яку здійснюють сторонні сили при переміщенні одиничного позитивного заряду всередині джерела або саме джерело, проводячи одиничний позитивний заряд замкнутим ланцюгом.

Одиницею ЕРС є вольт (В). ЕРС дорівнює 1 В, якщо при переміщенні заряду в 1 Кл замкнутим ланцюгом відбувається робота в 1 Дж:

[E] = 1 Дж/1 Кл = 1 В. (2.5)

Переміщення зарядів ділянкою кола супроводжується витратою енергії. Як було зазначено в підрозділі 1.3, напруга (U) – це величина, що дорівнює роботі, яку здійснює джерело, проводячи одиничний позитивний заряд у конкретній ділянці кола. Оскільки коло складається із зовнішньої і внутрішньої ділянок, розрізняють поняття напруги на зовнішній Uзов і внутрішній Uвн ділянках.

Відповідно, ЕРС джерела дорівнює сумі напруг на зовнішній і внутрішній ділянках кола:

E = Uзов + Uвн. (2.6)

Ця формула виражає закон збереження енергії для електричного кола. Напругу вимірюють вольтметром, один із типів якого зображено на рис. 2.3.

Виміряти напругу на різних ділянках кола можна тільки у разі замкнутого ланцюга. ЕРС вимірюють між затискачами джерела за розімкнутого кола.

Рис. 2.Зовнішній вигляд одного із типів вольтметра

17.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку № 7. Закон Ома для ділянки кола. Теплова дія струму.

Працюємо з підручником:

https://youtu.be/ZS6HbHT5i-c?si=HZf4U9eyh-MA2ANR

Опрацювати матеріал:

1. Закон Ома.

2. Електричне коло.

3. Графічне позначення електричних схем.

4. Теплова дія постійного струму.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Дайте визначення закону Ома.

2. З чого складається електричне коло?

3. Дайте визначення та замалюйте структурну схему.

4. Дайте визначення та замалюйте монтажну схему.

5. Дайте визначення та замалюйте принципову електричну схему.

6. Яке явище називають — низькотемпературна надпровідність?

7. В чому виражають кількість теплоти і роботу?

8. Що називають електричною потужністю Р?

9. Що необхідно враховувати при використанні алюмінієвих та мідних проводів.

Закон Ома: сила струму прямо пропорційна різниці потенціалів (напрузі ) на кінцях ділянки електричного кола.

Електричним колом названо сукупність пристроїв, які утворюють шлях для електричного струму. Коло має елементи:

• вузол — місце з’єднання більше двох провідників;

• вітка — нерозгалужена частина кола між двома вузлами;

• контур — будь-який замкнений шлях уздовж віток;

• двополюсник — частина кола з двома виводами (полюсами, клемами).

Коло складається з провідників (пристроїв, що передають електроенергію), джерел електроенергії (перетворювачів неелектричної енергії в електричну) та споживачів (перетворювачів електричної енергії в неелектричну). Графічно кола зображуються:

1. Структурними схемами — спрощене креслення, що має основні функціональні групи та зв’язки між ними, наприклад джерело — споживач — лінія електропередачі.

2. Монтажними схемами, на яких елементи розміщено територіально (рис. 3.3, а).

3. Принциповими електричними схемами, де наведено всі елементи і зв’язки (без зазначення їх територіального розміщення) за допомогою умовних позначень (рис. 3.3, б).

4. Схемами заміщення або розрахунковими схемами (рис. 3.3, в), де реальні пристрої замінено ідеальними елементами.

Електричне коло (рис. 3.3) має основні (акумулятор, лампа) і до поміжні (вимикач, амперметр, вольтметр) елементи. Основні елементи електричного кола є на всіх видах схем. Допоміжні елементи, як правило, на схемі заміщення відсутні. Так на схемі (рис. 3.3, в) замість акумулятора маємо схему заміщення на реальне джерело напруги U_ab, яке складається з ідеального джерела Е і внутрішнього опору RBH, а замість лампи — електричний опір RB навантаження. Струм в нерозга- луженому колі — однаковий. Обходячи від плюса джерела до мінуса, маємо

U_а_b + І • R_вн, що дорівнює Е:

Е - U_а_b + 1 • R_вн = І • R_вн + І • R_вн = І (R_н + R_вн ) •

Звідси

(3.16)

Вираз (3.16) називають законом Ома для замкненого кола: сила струму І, що проходить у замкненому колі, дорівнює відношенню ЕРС кола до його повного опору R = R_B + R_BH; коли R_H прямує до нескінченності, струм прямує до нуля, напруга U_ab до Е (режим холостого ходу джерела); коли R_H прямує до нуля, струм І — до відношення Е до R_BH (струм короткого замикання).

Струм є наслідком різниці потенціалів або падіння напруги чи просто напруги на опорі R_Н:

(3.17)

Теплова дія постійного струму

Кожне тіло має зовнішню і внутрішню енергію. Остання складається з кінетичної енергії теплового хаотичного руху частинок, що утворюють тіло (молекули, атоми); потенціальної енергії цих частинок, зумовленої силами міжмолекулярної взаємодії; енергії електронів, що рухаються по електронних орбітах атомів; ядерної енергії. Внутрішня енергія дорівнює нулю при температурі абсолютного нуля (tQ = -273 °С). Тоді в тілі хаотичний рух частинок речовини відсутній. Якщо це тіло помістити в електричне поле, то вільні заряджені частинки (електрони, іони) під дією сили Кулона (2.12) почнуть упорядковано рухатися, не зустрічаючи перешкоди на шляху свого руху. Це явище — низькотемпературна надпровідність. За звичайної температури вони (через теплообмін) віддають свою енергію тілу, збільшуючи його температуру. Тіло набуває внутрішньої енергії у вигляді хаотичного теплового руху його частинок. Якщо тепер помістити тіло (рис. 2.9, б) в електричне поле, то напрямленому рухові заряджених частинок на перешкоді стане хаотичний рух. Зіштовхуючись між собою, напрямлені і хаотичні частинки зменшуватимуть свою швидкість, перетворюючи кінетичну енергію руху в теплову (рис. 3.4). Кількість теплоти, як і роботу, визначають у джоулях:

Рис. 2.9.б Електричний струм: б —упорядкований рух вільних електронів у твердому провіднику з середньою швидкістю v_cр.

Позасистемна одиниця кількості теплоти — калорія: кількість теплоти, необхідна для нагрівання 1 г води на 1 °С. Одна калорія становить 4,19 Дж. Тоді

Е. X. Ленц і незалежно від нього Д. Джоуль експериментально довели, що кількість теплоти WT, що виділяється у провіднику довжиною І і опором R, залежить від струму І в ньому і часу t:

Згідно з перетвореннями в (3.18), теплова енергія дорівнює I Rt або Ult, або qU, де q — заряд, що проходить за час t через переріз провідника, або (U²/R) • t, або добуток сили Кулона на шлях І, що відповідає механічному еквіваленту роботи.

Кількість теплоти в калоріях

WT (кал) = 0,24WT (Дж).

Швидкість перетворення електричної енергії в теплову, тобто питому в часі енергію чи роботу, називають електричною потужністю Р.

З (3.18) отримаємо, що

де v — середня швидкість напрямленого руху зарядів (3.7).

Формула (3.18) відображає закон Джоуля — Ленца, закон перетворення кінетичної енергії чи роботи Fr l в теплову W_T. Ця енергія приводить до збільшення температури U² (3.15) провідника зі струмом, зміни (3.13) його електричного опору R. Чим більше діаметр сі провідника і чим більша товщина ізоляції (табл. 3.2) його, тим гірші умови для охолодження. Динамічна рівновага між теплотою І² • R, що виділяється при проходженні струму І, і теплотою KoSo0, що віддається- навколишньому середовищу з температурою встановлюється через деякий час при температурі г>2 провідника:

де К₀ — коефіцієнт тепловіддачі, S₀ — поверхня охолодження провідника, 0 — різниця температур:

Найбільшу допустиму густину струму для мідних проводів залежно від площі перерізу та умов охолодження (ізольовані/відкриті) наведено в таблиці 3.3.

Таблиця 3.3

Граничні значення сили струму для мідних проводів (ізольованих/голих)

на відкритому повітрі

Алюмінієві проводи для того ж струму слід брати перерізом у півтора раза більшим, оскільки, згідно з таблицею 3.1, питомий опір р алюмінію в 1,5 раза більший, ніж для міді-: Якщо цього не врахувати, то при тому ж струмі І та перерізі S, згідно із законом Джоуля — Ленца, в алюмінієвому проводі виділиться теплоти в 1,5 раза більше, ніж у мідному. Відповідно зросте температура, що неприпустимо. Допустиме лише короткочасне перевантаження, коли теплова інерція проводів не дасть змоги їм істотно перегрітися.

16.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку № 6. Електричний струм в металевих провідниках та його параметри.

Працюємо з підручником:

А.М. Гуржій, A.M. Сільвестров, H.l. Поворознюк Електротехніка з основами промислової електроніки. Київ «Форум» 2002. Стор. 21 - 25.

https://youtu.be/-tmqzAmrb3M?si=XD-H6qj_qDjJLzS_

Опрацювати матеріал:

1. Електричний струм провідності.

2. Електричний струм перенесення.

3. Електричний струм зміщення.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Дайте визначення електричному струму.

2. Що називають електричним струмом провідності.

3. Що називають електричним струмом перенесення.

4. Що називають електричним струмом заміщення.

5. Який напрямок струму вважають позитивним?

6. Як під’єднуються амперметри?

7. Чому дорівнює сила струму в 1 А?

Електричний струм
Явище спрямованого руху носіїв заряду, що супроводжується магнітним полем, називають повним електричним струмом.
Повний електричний струм поділяють на такі основні види: струм провідності, струм перенесення і струм зміщення.
Електричний струм провідності – це явище спрямованого руху вільних носіїв електричного заряду в речовині або вакуумі.
Електричний струм, зумовлений спрямованим упорядкованим рухом електронів, має місце у провідниках першого роду (металах), електронних і напівпровідникових приладах. У провідниках другого роду – електролітах (водні розчини солей, кислот) – електричний струм пов’язаний із рухом позитивних і негативних іонів, що впорядковано переміщуються під дією прикладеного поля.
Електричним струмом перенесення називають явище перенесення електричних зарядів зарядженими частинками або тілами, що рухаються у вільному просторі. Основним видом є рух у вакуумі елементарних частинок, що мають заряд (рух вільних електронів в електронних лампах), рух вільних іонів в газорозрядних приладах.
Електричним струмом зміщення (струмом поляризації) називають упорядкований рух пов’язаних носіїв електричних зарядів. Цей вид струму можна спостерігати в діелектриках.
Розглянемо докладніше струм провідності. У більшості випадків причиною упорядкованого руху електричних зарядів є електричне поле. Якщо електричного поля немає, вільні електричні заряди перебувають у тепловому безладному русі, в результаті чого кількість електрики, що проходить через будь-який переріз провідника, у середньому дорівнює нулю.
Для кількісної оцінки електричного струму введено поняття сила струму, що дорівнює кількості електрики, яка проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу:
I = Δq / Δt. (2.1)
Струм визначається як упорядкованою швидкістю носіїв заряду (наприклад електронів), так і їхньою щільністю. Одиницею сили струму є ампер (А). Сила струму дорівнює 1 А, якщо через поперечний переріз провідника за 1 с проходить електричний заряд в 1 Кл:
[I] = 1 Кл/1 с = 1 А. (2.2)
Струм, що незмінний у часі за значенням і напрямком, називають постійним:
I = q / t. (2.3)
Позитивним вважають напрямок струму, у якому переміщуються позитивні заряди, тобто напрям, протилежний руху електронів. Поряд із силою струму важливе значення має щільність струму J, що дорівнює кількості електрики, яка проходить за 1 с через одиницю струму перпендикулярного перерізу S провідника. В однорідному провіднику струм рівномірно розподіляється перерізом, отже:
J = I / S. (2.4)
Щільність струму дає змогу схарактеризувати провідник із погляду здатності витримувати те чи те навантаження.
Струм вимірюють амперметром, загальний вигляд одного із типів якого зображено на рис. 2.1. Амперметр потрібно вмикати послідовно, щоб через нього пройшов повний струм ланцюга.
Амперметр, який вимірює тисячні частки ампера, називають міліамперметром, мільйонні частки ампера – мікроамперметром.

Рис. 2.1. Загальний вигляд амперметра

16.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку № 5. Електричне поле та його характеристики.

Працюємо з підручником:

А.М. Гуржій, A.M. Сільвестров, H.l. Поворознюк Електротехніка з основами промислової електроніки. Київ «Форум» 2002. Стор. 8 - 20.

Опрацювати матеріал:

1. Електричне поле.

2. Властивості електричного поля.

3. Нерухомі точкові заряджені тіла.

4. Напруженість електричного поля.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Дайте визначення електричному полю.

2. Опишіть природу електричного поля.

3. Дайте характеристики електричного поля.

4. Чим характеризується електричного поля?

5. Як себе ведуть різнойменні заряди (позитивний і негативний) та однойменні.

Електричне поле (англ. Electric field) — одна зі складових електромагнітного поля, що існує навколо тіл або частинок, що мають електричний заряд, а також у вільному вигляді при зміні магнітного поля (наприклад, в електромагнітних хвилях). Електричне поле може спостерігатися завдяки силовому впливу на заряджені тіла.

Кількісними характеристиками електричного поля є вектор напруженості електричного поля E {\displaystyle \mathbf {E} }, який визначається як сила, що діє на одиничний заряд, та вектор електричної індукції D {\displaystyle \mathbf {D} }.

У випадку, коли електричне поле не змінюється з часом, його називають електростатичним полем. Розділ фізики, який вивчає розподіл статичного електричного поля в просторі, називається електростатикою.

Властивості електричного поля. Природа. Електричне поле є особливим станом матерії, відмінним від «класичної» матерії, що складається з матеріальних частинок. Як і інші поля, електричне поле є неперервним, тобто, існує у кожній точці простору і плавно змінюється. Воно не складається з атомів чи будь-яких інших частинок. Відповідно, поле має нескінченну кількість ступенів вільності.

Якщо джерело електричного поля рухається, це породжує зміни у полі, що розповсюджуються у ньому зі швидкістю світла.

Електричне поле, разом з магнітним полем, складає електромагнітне поле. Проте варто пам'ятати, що відокремити ці частини неможливо — одне й те саме поле може сприйматися як електричне (якщо спостерігач нерухомий відносно заряду), так і як магнітне (якщо він рухається).

Характеристики. Електричне поле є векторним, тобто, у кожній точці простору йому можна поставити у відповідність вектор, що називається напруженістю поля (позначається як EE), довжина якого пропорційна силі, з якою поле діє на заряджені тіла, а напрямок — збігається з напрямом руху пробного позитивного заряду.

Щоб дізнатися силу, з якою поле діє на конкретний поміщений у нього заряд, необхідно помножити напруженість поля у точці на величину цього заряду:

У випадку, якщо електричне поле статичне, або змінюється з часом дуже повільно, його можна задати через одну скалярну функцію, потенціал (позначається як ). У цьому випадку напруженість і потенціал пов'язані рівнянням

E→=−∇φ

Різниця потенціалів між двома точками називається напругою, і вимірюється у вольтах. У однорідному електричному полі (тобто, такому, де напруженість постійна, наприклад, у полі між обгортками конденсатора) напруга між двома точками дорівнює , де R — вектор, що поєднує точки.

Джерела Електричне поле створюється зарядженими тілами, зокрема зарядженими елементарними частинками. Таке поле є потенціальним. Його напруженість визначається законом Кулона. Силові лінії потенціального електричного поля починаються і закінчуються на зарядах або виходять на нескінченність.

За законом електромагнітної індукції електричне поле створюється також змінним магнітним полем. Таке електричне поле — вихрове. Силові лінії вихрового електричного поля замкнені. Зокрема, вихрове електричне поле є складовою електромагнітної хвилі. При переміщені заряду по замкненій кривій у такому полі, виконана робота не рівна нулю.

Аналогічно, змінне електричне поле породжує магнітне поле.

Електричне поле підкоряється принципу суперпозиції — величина поля, що створена кількома джерелами може бути розрахована як векторна сума полів у кожній точці. Візуалізація поля

Рис. 1. Конфігурації електричних полів, показані через силові лінії

Всі точки, що мають однаковий потенціал, разом утворюють еквіпотенціальну поверхню. Набір еквіпотенціальних поверхонь дозволяє показати на малюнку конфігурацію поля.

Іншим зручним способом зобразити електричне поле є силові лінії. Силовими лініями називають такі лінії, дотична до яких у кожній точці збігається з вектором напруженості поля. У випадку електричних полів зарядів, силові лінії завжди починаються на позитивному заряді, і закінчуються на негативному. У випадку вихрових електричних полів, породжених магнітним полем, силові лінії замкнені. Силові лінії поля не можуть перетинатись. На відміну від еквіпотенціальних поверхонь, силові лінії можуть бути побудовані і для полів, що не можуть бути виражені через потенціал (вихрових).

16.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку № 4. Електричні заряди та їх взаємодія. Закон Кулона.

Працюємо з підручником:

https://youtu.be/zuAB2h_gb1o?si=7EqsZNjqlSyP7mMs

Опрацювати матеріал:

1. Електростатичні сили.

2. Формула кулона.

3. Нерухомі точкові заряджені тіла.

4. Напруженість електричного поля.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Які сили виникають між двома наелектризованими тілами?

2. Від чого залежить сила взаємодії між зарядами?

3. Який процес називають іонізацією, або фотоелектричним ефектом?

4. Що називають напруженістю електричного поля?

5. З чим порівнюють абсолютну діелектричну проникність середовища ε_а.

Дослідним шляхом французький фізик Шарль Оґюстен Кулон встановив, що сила взаємодії F пропорційна величині взаємодійних зарядів q₁ і q₂ і обернено пропорційна квадрату відстані r між ними (рис. 1).

Рис. 1. Взаємодія електричних зарядів:

а – різнойменно заряджених; б – однойменно заряджених

Напрямок дії цієї сили збігається з напрямком прямої, що проходить через обидва заряди.

Пізніші дослідження показали, що сила взаємодії між зарядами залежить також від електричних властивостей середовища, у якому перебувають заряди. Якщо розміри заряджених тіл дуже малі порівняно з відстанню r між ними, то мова йде про точкові заряди q₁ і q₂. Формула Кулона в цьому випадку матиме такий вигляд:

F = K q₁ · q₂ ε , аr²

де F – сила взаємодії між електричними зарядами, Н (ньютон);

К – коефіцієнт, що залежить від прийнятої системи одиниць вимірювання;

у СІ множник К = 1/4π;

q – величина заряду, Кл (1 Кл = 6,3 зарядів електрона);

ε_а – абсолютна діелектрична проникність середовища, тобто величина, що характеризує середовище між зарядами.

Для вакууму абсолютна діелектрична проникність має мінімальне значення, її позначають ε₀.

Зазвичай абсолютну діелектричну проникність середовища ε_а порівнюють з абсолютною проникністю вакууму ε₀. Відношення ε_а до ε₀ позначають буквою ε і називають відносною діелектричною проникністю:

ε = ε_a / ε₀, а ε_a = εε₀.

Відносна діелектрична проникність ε – це безрозмірна величина; εа – відносна діелектрична проникність середовища, яка показує, у скільки разів сила взаємодії у певному середовищі менша, ніж у вакуумі (величина безрозмірна); ε₀ ≈ 8,86 ∙ 10–12 Ф/м – електрична стала.

У системі СІ формула Кулона має такий вигляд:

F = q₁ · q₂ (H). 4πr²εε₀

Наведемо значення відносної діелектричної проникності для деяких матеріалів, які застосовують в електротехніці: бензин – 2,3; повітря – 1,0006; гас – 2; парафін – 2...2,4; гума – 2,6...3,5; вода дистильована – 81.

Приклад 1.1. Визначити силу взаємодії між двома зарядами, що перебувають у вакуумі на відстані один від одного 5 см. Величина зарядів дорівнює

2 ∙ 10–8 Кл і 3 ∙ 10–5 Кл.

Розв’язання.

F = q₁ · q₂ = 2 ∙ 10–8 ∙ 3 ∙ 10–5 4π ∙ 9 ∙ 109

4πr²εε = 2,16H. 0 4π ∙ 0,052 ∙ 1

Ті самі заряди, розташовані на тій самій відстані у гасі, взаємодіятимуть із силою

F = q₁ · q₂ = 2 ∙ 10–8 ∙ 3 ∙ 10–5 4π ∙ 9 ∙ 109

4πr²εε = 1,08H. 0 4π ∙ 0,052 ∙ 2

Тобто сила F зменшилася у два рази.

Електрично заряджене тіло нерозривно пов’язане з довколишнім електричним полем, через яке і здійснюється взаємодія електрично заряджених тіл. Електричне поле є силовим і векторним. Для виявлення і вивчення електричного поля використовують пробні нерухомі точкові заряджені тіла із уже малим позитивним зарядом q. Лінійні розміри точкових заряджених тіл дуже малі порівняно з відстанню до точок, у яких розглядають їхнє електричне поле. Через малі лінійні розміри і значення заряду пробного тіла досліджуване електричне поле можна вважати майже неспотвореним.

Введемо силову характеристику поля – напруженість (Е):

E = F/q.

Напруженість електричного поля в певній точці визначається силою, яка діє на поміщене в цю точку пробне тіло, що має одиничний позитивний заряд.

Одиниця напруженості – [E] = Н/Кл (ньютон на кулон).

Дія поля відокремленого точкового зарядженого тіла на основі закону Кулона:

E = q/(4πεrε₀r²). (1.1)

16.09.2025р.

Тема програми № Тема 2. Електричне коло і його закони.

Тема уроку № 3. Фізична природа електрики.

Працюємо з підручником:

https://youtu.be/zuAB2h_gb1o?si=7EqsZNjqlSyP7mMs

Опрацювати матеріал:

1. Електростатичні сили.

2. Формула кулона.

3. Нерухомі точкові заряджені тіла.

4. Напруженість електричного поля.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Які сили виникають між двома наелектризованими тілами?

2. Від чого залежить сила взаємодії між зарядами?

3. Який процес називають іонізацією, або фотоелектричним ефектом?

4. Що називають напруженістю електричного поля?

5. Як себе ведуть різнойменні заряди (позитивний і негативний) та однойменні.

Закон Кулона Між двома наелектризованими тілами виникають сили механічної взаємодії, під впливом яких різнойменні заряди (позитивний і негативний) притягуються, а однойменні (обидва позитивні або обидва негативні) – відштовхуються. Сили взаємодії між зарядами називають електростатичними.
Дослідним шляхом французький фізик Шарль Оґюстен Кулон встановив, що сила взаємодії F пропорційна величині взаємодійних зарядів q₁ і q₂ і обернено пропорційна квадрату відстані r між ними (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Взаємодія електричних зарядів:
а – різнойменно заряджених; б – однойменно заряджених
         Напрямок дії цієї сили збігається з напрямком прямої, що проходить через обидва заряди.
         Пізніші дослідження показали, що сила взаємодії між зарядами залежить також від електричних властивостей середовища, у якому перебувають заряди. Якщо розміри заряджених тіл дуже малі порівняно з відстанню r між ними, то мова йде про точкові заряди q₁ і q₂. Формула Кулона в цьому випадку матиме такий вигляд:
F = K q₁ · q₂ ε , аr²де F – сила взаємодії між електричними зарядами, Н (ньютон);
К – коефіцієнт, що залежить від прийнятої системи одиниць вимірювання;
у СІ множник К = 1/4π;
q – величина заряду, Кл (1 Кл = 6,3 зарядів електрона);
ε_а – абсолютна діелектрична проникність середовища, тобто величина, що характеризує середовище між зарядами.
         Для вакууму абсолютна діелектрична проникність має мінімальне значення, її позначають ε₀.
         Зазвичай абсолютну діелектричну проникність середовища ε_а порівнюють з абсолютною проникністю вакууму ε₀. Відношення ε_а до ε₀ позначають буквою ε і називають відносною діелектричною проникністю:
ε = ε_a / ε₀, а ε_a = εε₀.
         Відносна діелектрична проникність ε – це безрозмірна величина; εа – відносна діелектрична проникність середовища, яка показує, у скільки разів сила взаємодії у певному середовищі менша, ніж у вакуумі (величина безрозмірна); ε₀ ≈ 8,86 ∙ 10–12 Ф/м – електрична стала.
         У системі СІ формула Кулона має такий вигляд:
F = q₁ · q₂ (H). 4πr²εε₀         Наведемо значення відносної діелектричної проникності для деяких матеріалів, які застосовують в електротехніці: бензин – 2,3; повітря – 1,0006; гас – 2; парафін – 2...2,4; гума – 2,6...3,5; вода дистильована – 81.
Приклад 1.1. Визначити силу взаємодії між двома зарядами, що перебувають у вакуумі на відстані один від одного 5 см. Величина зарядів дорівнює
2 ∙ 10–8 Кл і 3 ∙ 10–5 Кл.
Розв’язання.
F = q₁ · q₂ = 2 ∙ 10–8 ∙ 3 ∙ 10–5 4π ∙ 9 ∙ 109
4πr²εε = 2,16H. 0 4π ∙ 0,052 ∙ 1
Ті самі заряди, розташовані на тій самій відстані у гасі, взаємодіятимуть із силою
F = q₁ · q₂ = 2 ∙ 10–8 ∙ 3 ∙ 10–5 4π ∙ 9 ∙ 109
4πr²εε = 1,08H. 0 4π ∙ 0,052 ∙ 2
Тобто сила F зменшилася у два рази.
         Електрично заряджене тіло нерозривно пов’язане з довколишнім електричним полем, через яке і здійснюється взаємодія електрично заряджених тіл. Електричне поле є силовим і векторним. Для виявлення і вивчення електричного поля використовують пробні нерухомі точкові заряджені тіла із уже малим позитивним зарядом q. Лінійні розміри точкових заряджених тіл дуже малі порівняно з відстанню до точок, у яких розглядають їхнє електричне поле. Через малі лінійні розміри і значення заряду пробного тіла досліджуване електричне поле можна вважати майже неспотвореним.
Введемо силову характеристику поля – напруженість (Е):
E = F/q.
         Напруженість електричного поля в певній точці визначається силою, яка діє на поміщене в цю точку пробне тіло, що має одиничний позитивний заряд.
Одиниця напруженості – [E] = Н/Кл (ньютон на кулон).
Дія поля відокремленого точкового зарядженого тіла на основі закону Кулона:
E = q/(4πεrε₀r²). (1.1)

16.09.2025р.

Тема програми № 1. Вступ

Тема уроку № 3. Фізична природа електрики.

Працюємо з підручником:

А.М. Гуржій, A.M. Сільвестров, H.l. Поворознюк Електротехніка з основами промислової електроніки. Київ «Форум» 2002. Стор. 5, 6.

Опрацювати матеріал:

1. Фізична природа електрики.

2. Ключові аспекти фізичної природи електрики.

3. Основні аспекти фізичної природи електрики.

4. Властивості електроенергії.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Що означає слово «електрика»?

2. В зошит перенести зображення електричного поля.

3. Який процес називають іонізацією, або фотоелектричним ефектом?

4. Як розглядають фізичну природу електрики?

5. Опишіть основні властивості електроенергії.

Еле́ктрика (від грец. ήλεκτρον — бурштин; раніше також громови́на) — розділ фізики, що вивчає електричні явища: взаємодію між зарядженими тілами, явища поляризації та проходження електричного струму. Блискавка — одне з електричних явищ.

Електрика — явище природи, пов'язане з існуванням, рухом і взаємодією електричних зарядів.

Фізична природа електрики полягає в існуванні та русі електричних зарядів, які можуть бути представлені у вигляді частинок (електронів, йонів) або хвильових явищ (електромагнітного поля). Це явище проявляється в електричному струмі (напрямленому русі зарядів), електричному полі та електромагнітній взаємодії.

Теорію, яка пояснює електричні властивості тіл наявністю у них електронів і їх рухом, називають електронною теорією. Як відомо, всі речовини, як прості, так і складні, складаються з молекул, а молекули – з атомів. Будова атома є дуже складною, але спрощено його можна представити у вигляді ядра, оточеного оболонкою. На рис. 1 зображено так звану планетарну модель атома.

Рис. 1. Планетарна модель атома

Модель назвали саме так, оскільки всередині атома є позитивно заряджене ядро, схоже на Сонце в Сонячній системі. Навколо ядра, немов планети, обертаються електрони. Сонячна система влаштована таким чином, що планети притягуються до Сонця за допомогою гравітаційних сил, однак вони не падають на поверхню Сонця унаслідок наявної швидкості, яка тримає їх на своїй орбіті. Те саме відбувається і з електронами: кулонівські сили притягують електрони до ядра, але через обертання вони не падають на поверхню ядра.

Дуже важливою інформацією щодо будови атома є те, що майже вся маса атома зосереджена в ядрі. Наприклад, у атома водню є лише один електрон, маса якого у півтори тисячі разів менша, ніж маса ядра.

Кількість електронів у нейтральному атомі дорівнює кількості протонів ядра атома. Кількість електронів в атомах різних речовин є неоднаковою. Наприклад, в атомі водню, найлегшого і найпростішого елемента за будовою, навколо ядра обертається тільки один електрон (рис. 2), а в атомі міді – 29 електронів.

Рис. 2. Схема будови атома водню

Ядро і електрони мають енергію. Ядро має позитивну енергію, електрони – негативну. Якщо величина енергії ядра й електронів в атомі є однаковою, то такий атом є нейтральним.

Однак якщо атом втрачає один або кілька електронів, то позитивна енергія переважає і атом перетворюється на позитивний іон. Якщо атом приймає один або кілька електронів, він перетворюється на негативний іон. Процес перетворення атомів на іони, який відкрив відомий російський фізик А. Р. Столєтов, називають іонізацією, або фотоелектричним ефектом. Це явище використовують у фотоелементах.

Кількість електрики, що міститься у зарядженому тілі, – це заряд. Величину заряду позначають у системі СІ – Q, q, одиниця вимірювання – Кл (Кулон). Заряд електрона дорівнює е = 16 · 10–20 Кл. Якщо дротом пройшло 6,29 · 1018 е, то вважають, що кількість електрики становила 1 Кл.

Навколо будь-якого зарядженого тіла існує електричне поле. Було помічено, що наелектризовані тіла притягуються одне до одного або відштовхуються одне від одного. Наприклад, якщо два тіла зарядити від скляної палички, натертої шкірою, то тіла відштовхуватимуться. Те саме станеться, якщо обидва тіла зарядити від ебонітової палички, натертої сукном. Якщо ж одне тіло зарядити від скляної палички, а інше тіло – від ебонітової, то обидва тіла притягатимуться одне до одного. Зрештою вдалося встановити, що в результаті електризації різних тіл виникають два види електрики, які умовно назвали позитивним і негативним. Тіла, заряджені однойменною електрикою, взаємно відштовхуються; заряджені різнойменною електрикою – притягуються.

Великий внесок у дослідження електричних явищ зробив М. В. Ломоносов (1711–1765).

Побачити електричне поле неможливо, але про його наявність свідчить механічна дія, яку відчувають нерухомі заряджені тіла, що вносяться до цього поля. На рисунках електричне поле зображують електричними силовими лініями, які починаються на позитивному заряді й закінчуються на негативному (рис. 3).

Рис. 3. Зображення електричного поля

Ті електрони, які розташовані на крайніх орбітах в атомі, пов’язані з ядром слабше, ніж електрони, що обертаються на близьких до ядра орбітах. Під дією сусідніх атомів або внаслідок інших причин можна змусити крайні електрони покинути свої орбіти.

Атоми всіх металів мають ці нестійкі зовнішні електрони, які легко залишають свої орбіти. Саме тому метали мають добру електропровідність.

Електрони, які втратили зв’язок з атомами і переміщаються в просторі між ними, називають вільними. Атоми низки речовин міцно утримують електрони близько до ядра і не дають їм вільно виходити з атомів. Такі речовини погано проводять електрику, їх називають діелектриками.

У звичайному стані вільні електрони перебувають у безладному русі. Якщо під дією різних причин змусити вільні електрони переміщатися в одному напрямку, то такий упорядкований рух вільних електронів у металевих провідниках є електричним струмом.

Нагріваючи метал до високої температури, ми змушуємо хаотично рухливі атоми металу рухатися ще швидше. Електрони, які раніше утримувалися на орбітах атомів, тепер випускаються нагрітим металом у навколишній простір.

Це явище називають термоелектронним ефектом і використовують у радіолампах, випрямлячах та інших електричних пристроях.

Нейтральна молекула газу може бути іонізована під дією високої температури, рентгенівських і ультрафіолетових променів, радіоактивного випромінювання, високої напруги, а також унаслідок удару нейтральної молекули швидким електроном, що пролітає (іонізація поштовхом).

Носіями позитивних зарядів у ядрі атома є протони. До складу ядра кожного атома входять також частинки, що не мають заряду, але їхня маса дорівнює масі протона. Ці частинки назвали нейтронами (тобто електрично нейтральними).

Це спрощена картина будови речовини. Насправді атоми влаштовані складніше і містять, крім зазначених трьох основних елементарних, ще інші види найпростіших частинок.

Ключові аспекти фізичної природи електрики:

Електричні заряди: Електрика пов'язана з існуванням електричних зарядів – властивості матерії, що визначає, як тіла взаємодіють з електричним полем.

Носії заряду: Рух заряджених частинок створює електричний струм. Носіями струму можуть бути:

Електрони: У металах, де вони є вільними частинками, що рухаються під дією електричного поля.

Йони: У рідинах (електролітах) та іонізованих газах, де позитивні й негативні йони рухаються в протилежних напрямках.

Дірки: У напівпровідниках, які також є вільними носіями заряду, хоча й відмінними від електронів.

Електричне поле: Заряди створюють електричне поле навколо себе, яке може діяти силою на інші заряди, що знаходяться в ньому.

Електромагнітна природа: Електрика має хвильову природу, проявляючись як електромагнітне поле, яке є основою багатьох технологій.

Властивості матеріалів: Здатність матеріалів проводити електричний струм залежить від наявності в них вільних заряджених частинок.

Провідники: Матеріали з високою провідністю (наприклад, метали), де багато вільних електронів.

Ізолятори: Матеріали з дуже низькою провідністю, де практично немає вільних заряджених частинок.

Отже, електрика є фундаментальним явищем, яке описує поведінку електричних зарядів і полів, і має як корпускулярну (частинки), так і хвильову природу.

Фізична природа електрики може розглядатися в двох аспектах:

· корпускулярному (молекулярному), тобто у вигляді потоку електронів;

· у хвильовому, тобто у вигляді електромагнітного поля, яке має різні прояви в електроенергетиці.

При молекулярному аспекті за одиницю енергії приймають 1 МеВ, при хвильовому - 1 кВт·год. Їх співвідношення таке:

1 МеВ = 4,42 · 10-20 1 кВт·год.

Співвідношення цих величин підкреслює, що енергетичні завдання повинні розглядатися не в молекулярному, а в хвильовому аспекті.

Передача електроенергії теж розглядається в хвильовому аспекті. Лінія електропередач не транспортує електрику, як канали транспортують воду. Вона є хвилеводом, який змушує енергію слідувати визначеним шляхом. Такий хвилевід є найбільш простим засобом передачі енергії при хвилях малої довжини.

Властивості електроенергії

Ту величезну роль, яку відіграє електроенергія в нашому житті, зумовлюють такі її властивості:

· легкість передачі на великі відстані в порівнянні з іншими видами енергії;

· можливість перетворень в інші види енергій з високим ККД незалежно від її кількості. Тому немає необхідності в її зберіганні;

· електроенергія проявляється у вигляді потоку, який подрібнити на частини легше, ніж інші енергетичні потоки (вугілля, нафтопродукти);

· споживання електроенергії може плавно змінюватися від нуля до максимуму в залежності від ходу самого процесу виробництва або навантаження робочого механізму;

· можливість значної концентрації потужності при виробництві електроенергії;

· потік електроенергії можна уявити безперервним або періодичним у вигляді синусоїди. Таке уявлення найзручніше для інформаційних потоків. Тому ЛЕП часто використовуються і для передачі інформації;

· електроенергія є найбільш чистим видом енергії і найменше забруднює навколишнє середовище;

· орієнтація на використання трифазного струму надала використанню електроенергії однорідність.

Тема програми № 1. Вступ

Тема уроку № 2. Електрифікація залізничного транспорту.

Працюємо з підручником:

Опрацювати матеріал:

1. Використання електроенергії.

2. Розвиток електроніки.

3. Розробки в області інтегральної електроніки.

4. Електрифікація залізничного транспорту.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Яким чином на сучасному етапі розвитку промисловості рішають питання використання електроенергії та екологічні проблеми пов’язані з нею?

2. Яке місце електроніки в світі та в чому її переваги?

3. Які можливості надає мікроелектроніка?

4. Яка основна мета електрифікації залізниці?

5. Опишіть та наведіть приклади оновлення та осучаснення залізниці.

Основні напрями розвитку електроенергетики та електричної промисловості

На сучасному етапі розвитку промисловості виникли важливі питання раціонального використання та якості електроенергії, а також екологічні проблеми, пов’язані з енергетикою. Аналізуючи наслідки бурхливого зростання кількості виробленої електроенергії, вчені дійшли висновку про необхідність раціональнішого використання електроенергії, підвищення коефіцієнта корисної дії (ККД) генераторів і споживачів. Розгорнулися дослідження з використання нетрадиційних джерел енергії.

Розроблені і впроваджуються сонячні батареї для живлення автономних споживачів невеликої потужності. У місцевостях, де дмуть сильні вітри, використовуються вітроелектростанції. Споруджуються комплекси, що повністю забезпечують свої потреби в енергії нетрадиційними джерелами. Розробляються і впроваджуються високоефективні системи дистанційного керування, контролю і сигналізації. Електроенергією користуються важка і легка промисловість, транспорт, нафтопереробна промисловість, побутова техніка, наука і культура. У різних галузях народного господарства ми спостерігаємо використання електрики як сильнострумової, так і слабкострумової. Останню відносять до електроніки.

Електроніка більше ніж енергетика увійшла в життя: реалізуються найскладніші та найдосконаліші системи й апарати: від електронного годинника до всесвітньої інформаційної комп’ютерної мережі Internet; від простого електронного регулятора до штучного інтелекту; від найпростішого радіоприймача до найскладніших електронних систем спостереження за підводним, наземним, повітряним та космічним простором; від електронного мікрозонду в медицині для дослідження органів людини до міжпланетних ракетних зондів для дослідження інших планет.

Електроніка зародилася на початку 20 століття після створення основ електродинаміки (1856—1873), дослідження властивостей термоелектронної емісії (1882—1901), фотоелектронної емісії (1887—1905), рентгенівських променів (1895—1897), відкриття електрона (Дж. Дж. Томсон, 1897), створення електронної теорії (1892—1909).

Розвиток електроніки почався з винаходу лампового діода (Дж. А. Флемінг, 1904), триелектродної лампи — тріод-пентода (Л. де Форест, 1906); використання тріод-пентода для генерування електричних коливань (німецький інженер А. Мейснер, 1913); розробки потужних генераторних ламп з водяним охолоджуванням (М. О. Бонч-Бруєвич, 1919—1925) для радіопередавачів, використовуваних в системах далекого радіозв'язку і радіомовлення.

Використання кристалічних напівпровідників як детекторів для радіоприймальних пристроїв (1900—1905), створення купроксних і селенових випрямлячів струму і фотоелементів (1920—1926), винахід крістадіна (О. В. Лосєв, 1922), винахід транзистора (В. Шоклі, В. Браттейн, Дж. Бардін, 1948) визначили становлення і розвиток напівпровідникової електроніки.

Розробка планарної технології напівпровідникових структур (кінець 50 — початок 60-х рр.) і методів інтеграції багатьох елементарних приладів (транзисторів, діодів, конденсаторів, резисторів) на одній монокристалічній напівпровідниковій пластині привело до створення нового напряму в електроніці — мікроелектроніки (див. також Інтегральна електроніка).

Основні розробки в області інтегральної електроніки направлені на створення інтегральних схем — мікромініатюрних електронних пристроїв (підсилювачів, перетворювачів, процесорів ЕОМ (електронна обчислювальна машина), електронних пристроїв пам'яті тощо), що складаються з сотень і тисяч електронних приладів, що розміщуються на одному напівпровідниковому кристалі площею в декілька мм². Мікроелектроніка відкрила нові можливості для вирішення таких проблем, як автоматизація управління технологічними процесами, переробка інформації, вдосконалення обчислювальної техніки і ін., що висуваються розвитком сучасного суспільного виробництва. Створення квантових генераторів (М. Г. Басов, О. М. Прохоров і незалежно від них Ч. Таунс, 1955) — приладів квантової електроніки — визначило якісно нові можливості електроніки, зв'язані з використанням джерел потужного когерентного випромінювання оптичного діапазону (лазерів) і побудовою надточних квантових стандартів частоти.

Електрифікація залізничного транспорту в Україні є стратегічним завданням, яке передбачає пост Електрифікація залізничного транспорту в Україні є стратегічним завданням, яке передбачає поступовий перехід від тепловозної тяги до електровозна для зменшення транспортних витрат та збільшення ефективності перевезень, однак темпи реалізації програми електрифікації були неодноразово уповільнені через економічні проблеми та зовнішні фактори. упевнений перехід від тепловозної тяги до електровозна для зменшення транспортних витрат та збільшення ефективності перевезень. Електрифікація залізниць — це не лише зменшення собівартості перевезень. Хоча цей фактор є одним із визначальних. Насправді, переведення з тепло на електротягу надає цілу низку переваг і комерційного, і важливого соціального характеру. Покращується сервіс для клієнтів-вантажовласників, адже підвищуються швидкості руху та пропускна здатність через збільшення маси поїздів; покращення екологічної ситуації (зменшення на сотні тисяч тонн викидів в атмосферу вуглеводнів, оксидів азоту, вуглецю та інших шкідливих як для людини, так і для довкілля речовин — яскравий доказ щодо користі електрифікації). У соціальному аспекті важливо, що роботи з електрифікації — суттєва підтримка вітчизняних виробників комплектуючих — підприємств будівельної, електротехнічної, металургійної, машинобудівної галузей. Це тисячі робочих місць та відрахування в бюджет. Врешті-решт, електрифікація — ще й посилення енергетичної незалежності держави, адже на відміну від дизельного пального, що виготовляється з імпортної нафти, електроенергії в Україні достатньо. Отже, підвищенню економічної ефективності та екологічності залізничного транспорту, зменшення його негативного впливу на довкілля, забезпеченню високих соціальних стандартів транспортних послуг сприяє електрифікація залізниць. Вона набуває особливої актуальності і у зв’язку з постійним зростанням цін на нафтопродукти та значною зовнішньоекономічною залежністю України від постачальників нафтопродуктів.

15.09.2025р.

Тема програми № 1. Вступ

Тема уроку № 1. Предмет та основні поняття електротехніки.

Працюємо з підручником:

А.М. Гуржій, A.M. Сільвестров, H.l. Поворознюк Електротехніка з основами промислової електроніки. Київ «Форум» 2002. Стор. 3, 4.

Опрацювати матеріал:

1. Електротехніка як наука.

2. Історія розвитку електротехніки.

3. Основи електробезпеки.

Д.З. Оформити конспект. Відповісти на питання:

1. Що називають електротехнікою?

2. В якому році був введений у науку термін «електричний»?

3. Що називають електробезпекою?

4. Що називають електротравмою, електротравматизмом?

5. Додайте питання до теми електробезпека.

Електротехніка — наука про технічне використання електричних явищ

Усі об’єкти матеріального світу побудовано з молекул, а молекули — з атомів, що складаються з елементарних частинок. Ці частинки характеризуються масою спокою, часом життя, електричним зарядом, магнітним моментом тощо. Частинки пов’язані з атомом речовини або можуть бути вільні.

Виходячи з корпускулярної теорії побудови речовини, вважається, що кожна частинка зосереджена в обмеженій області простору речовини, а між частинками — вакуум.

В електротехніці розглядають частинки, які мають електричний заряд і магнітний момент. Це протони та електрони. Протон має позитивний заряд, електрон — негативний. За модулем ці елементарні заряди однакові і дорівнюють 1,602-Ю-19 кулона. Маси протона і електрона різні: відповідно 1,67Ю_27 кг та 9,1-Ю-31 кг. Окрім сил всесвітнього тяжіння, на заряджені частинки діють набагато більші електричні сили. Взаємодіють частинки через свої поля. Поля розташовуються у просторі безперервно і діють на великі відстані.

У кожному атомі будь-якої речовини кількість додатних і від’ємних зарядів однакова, тому тіло має загальний нейтральний заряд. Під дією зовнішніх сил тіло та його частинки, наприклад вільні електрони, можуть рухатись у просторі. Швидкість їх руху залежить від зовнішніх сил, які на них діють. Швидкість електричного чи електромагнітного поля залежить тільки від середовища. Так, у вакуумі вона дорівнює швидкості світла. Зміна стану частинок тіла спричинює зміну стану поля і навпаки. Тобто між частинками і полем є взаємозв’язок. Під впливом зовнішніх сил виникають різноманітні електричні явища.

Електротехніка — наука про практичне використання явищ, що зумовлені електричними зарядами та їх рухом у просторі. Електротехніка розглядає тіла з великою кількістю елементарних зарядів. З достатньою точністю можна розраховувати їхню спільну дію за інтегрованими показниками, не враховуючи їхньої- природної дискретності.

Важко навіть уявити собі сучасний і майбутній світ без електротехніки як галузі науки і техніки. В умовах сучасної науково-технічної революції електротехніка як наука дає можливість успішно розв’язувати складні проблеми високоефективного перетворення різних видів первинної енергії (механічної, теплової, ядерної, сонячної та ін.) в електричну, оптимального використання електроенергії в технологічних процесах щодо цілеспрямованого перетворення речовин. Без електротехніки не існували б сучасні інформаційні системи від цехових (автоматизовані системи керування технологічними процесами) до світової мережі Інтернет (Internet).

Усе це стало можливим завдяки відкриттям та винаходам багатьох вчених, винахідників, інженерів. Наведемо деякі з них:

1600 р. — англієць Гільберт ввів у науку термін «електричний», як сукупність явищ, пов’язаних з наявністю і дією електричних зарядів;

1753 р. — М. Ломоносов запропонував теорію атмосферної електрики;

1785 р. — француз Ш. Кулон встановив закон взаємодії електричних зарядів (ще раніше, у 70-х рр. 18 ст., цей закон відкрив англійський учений Г. Кавендіш, проте його праці було надруковано лише у 1879 р.).

1800 р. — італієць А. Вольт винайшов гальванічний елемент;

1802 р. — В. Петров сконструював електричну дугу та зазначив галузі її використання.

1820 р. — фізик з Данії X: Ерстед пояснив дію електричного струму на магнітну стрілку, а француз А. Ампер — встановив закон взаємодії електричних струмів;

1827 р. — німецький фізик Г. Ом виявив співвідношення між струмом, напругою та опором електричного кола (закон Ома);

1831 р. — англійський фізик М. Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції, Е. Ленц — найважливіші положення електромагнітної індукції та теплової дії струму;

1834 р. — Б. Якобі винайшов двигун постійного струму, 1838 р. — гальванопластику, 1840 р. — створив теорію електромашин, 1850 р. — лі- теродрукуючий телеграф;

1847 р. — німецький фізик Г. Кірхгоф встановив закони розподілу електричних величин у розгалужених колах постійного струму;

1871 р. — О. Столетов запропонував методику експериментального дослідження феромагнітних матеріалів;

1872 р. — О. Лодигін сконструював лампу розжарювання;

1873 р. — Д. Максвелл створив теорію електромагнітного поля;

1877 р. — В. Чиколєв винайшов дугову лампу з диференційним регулятором;

1879 р. — Т. Едісон сконструював лампу з вугільною ниткою;

1880 р. — Д. Лачинов довів можливість передачі електроенергії на великій відстані;

1881 р. — М. Бенардос запропонував дугове електрозварювання з вугільним електродом;

1882 р. — В. Чиколєв створив електропривід швейної машини;

1890 р. — М. Слав’янов запровадив зварювання з металевим електродом;

1891 р. — М. Доліво-Добровольський створив трифазну систему і вперше в світі передав електроенергію трифазним струмом на віддаль;

1893 р. — американський інженер Ч. Штейнметц запропонував для розрахунку електричних кіл метод комплексних величин.

1895 р. — О. Попов винайшов і створив перший в світі радіоприймач і радіотелеграф.

За багаторічними статистичними даними електротравми в загальному виробничому травматизмі складають близько 1%, а в смертельному — 15% і більше. При чисельності населення України менше 1% від світової, електротравм загальносвітової. кількість перевищує смертельних 6% відсотків.

Електробезпека - система організаційних і технічних заходів і засобів, що забезпечують захист людей від шкідливої і небезпечної дії електричного струму, електричної дуги, електричного поля і статичної електрики.

Електротравма — травма, спричинена дією на організм людини електричного струму і (або) електричної дуги.

Електротравматизм — явище, що характеризується сукупністю електротравм.

Основні нормативні документи:

- Правила устройства электроустановок

- НПАОП 40.1-1.32-01 Правила будови електроустановок. Електрообладнання спеціальних установок

- Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей

- Правила технічної експлуатації електроустановок споживачів

- НПАОП 40.1-1.01-97 Правила безпечної експлуатації електроустановок

- НПАОП 0.00-1.29-97 Правила захисту від статичної електрики

- Правила випробування та використання засобів індивідуального захисту

- ГОСТ 12.1.019-79 Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты.

- ГОСТ 12.1.030-81 Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.

Особливості електротравматизму та електричного струму як чинника небезпеки:

- людина не в змозі дистанційно, без спеціальних приладів, визначити наявність напруги, а тому дія струму, зазвичай, є раптовою і захисна реакція організму проявляється тільки після попадання під напругу

- струм, що протікає через тіло людини, діє на тканини і органи не тільки в місцях контакту зі струмовідними частинами і на шляху протікання, але рефлекторно, як надзвичайно сильний подразник, впливає на весь організм, що може призвести до порушення функціонування життєво важливих систем організму – нервової, дихання, серцево-судинної тощо

- електротравми можливі без дотику людини до струмовідних частин внаслідок утворення електричної дуги при пробої повітряного проміжку між струмовідними частинами або між струмовідними частинами і людиною чи землею

- розслідування, обліку і аналізу, , в основному, доступні тяжкі електротравми та електротравми із смертельними наслідками, що негативно впливає на профілактику електротравм

Причини електротравм:

- технічні

- організаційно-технічні

- організаційні

- організаційно-соціальні

До технічних причин

• недосконалість конструкції електроустановки і засобів захисту;

• допущені недоліки при виготовленні, монтажу і ремонті електроустановки;

• можуть бути несправності електроустановок і захисних засобів, що виникають в процесі експлуатації установок;

• невідповідність будови електроустановок і захисних засобів умовам їх застосування;

• використання електро- захисних засобів з простроченою датою чергових випробувань.

До організаційно-технічних причин

• невиконання вимог чинних нормативів щодо контролю параметрів та опосвідчення технічного стану електроустановок;

• помилки в знятті напруги з електроустановок при виконанні в них робіт без перевірки відсутності напруги на електроустановці, на якій працюють люди;

• відсутність огороджень або невідповідність їх конструкції і розміщення вимогам чинних нормативів та відсутність необхідних плакатів і попереджувальних та заборонних написів;

• помилки в накладанні і знятті переносних заземлень або їх відсутність.

До основних організаційних причин електротравм

• відсутність (не призначення наказом) на підприємстві особи, відповідальної за електрогосподарство або невідповідність кваліфікації цієї особи чинним вимогам; • недостатня укомплектованість електротехнічної працівниками відповідної кваліфікації;

• відсутність на підприємстві посадових інструкцій для електротехнічного персоналу та інструкцій з безпечного обслуговування та експлуатації електроустановок; служби

• недостатня підготовленість персоналу з питань електробезпеки, і несвоєчасна перевірка знань, невідповідність групи з електробезпеки персоналу характеру робіт, що виконуються;

• недотримання вимог щодо безпечного виконання робіт в електроустановках за нарядами-допусками, розпорядженнями та в порядку поточної експлуатації;

• неефективний нагляд, відомчий і громадський контроль за дотриманням вимог безпеки при виконанні робіт в електроустановках та їх експлуатації.

До основних організаційно-соціальних причин

• змушене виконання не за спеціальністю електронебезпечних робіт;

• негативне відношення до виконуваної роботи обумовлене чинниками; соціальними

• залучення працівників до понадурочних робіт;

• порушення виробничої дисципліни;

• залучення до роботи осіб віком до 18 років.

Види електротравм

Виділяють три види електротравм: місцеві, загальні і змішані.

Загальні електричні травми або електричні удари — це порушення діяльності життєво важливих органів чи всього організму людини як наслідок збурення живих тканин організму електричним струмом, яке супроводжується мимовільним судомним скороченням м'язів.

Загальні електричні травми або електричні удари:

І – судомні скорочення м’язів без втрати свідомості

ІІ - судомні скорочення м’язів з втратою свідомості без порушення дихання і кровообігу

ІІІ – втрата свідомості з чи дихання, або серцевої порушенням серцевої діяльності діяльності і дихання разом

IV – клінічна смерть, тобто відсутність дихання і кровообігу ектротравм відносяться: електричні опіки, електричні знаки, металізація шкіри, електроофтальмія і механічні ушкодження, пов'язані з дією електричного струму чи електричної дуги.

На місцеві електротравми припадає близько 20% електротравм.

Безпосередні причини ураження електричним струмом

• дотик до неізольованих струмовідних частин електроустановок, які знаходяться під напругою, або до ізольованих при фактично пошкодженій ізоляції

• дотик до неструмовідних частин електроустановок

• дія напруги кроку або до електрично зв'язаних з ними металоконструкцій, які опинилися під напругою

• ураження через електричну дугу

• інші причини —55%; —23%; —2,5%; —1,2%; —менше 20%.

Дія електричного струму на організм людини

•термічна

•біологічна

•електролітична (хімічна)

• Термічна дія струму полягає в нагріванні тканин, випаровуванні вологи тощо, що викликає опіки, обвуглювання тканин та їх розриви парою.

• Електролітична дія струму проявляється в розкладі органічної речовини (її електролізі), в тому числі і крові, що приводить до зміни їх фізико-хімічних і біохімічних властивостей.

• Біологічна дія струму проявляється у подразненні і збуренні живих тканин організму, в тому числі і на клітинному рівні. Збурення, спричинене подразнюючою дією струму, може проявлятися у вигляді мимовільного непередбачуваного скорочення м'язів.

Крім відзначеного, протікання струму через організм негативно впливає на поле біопотенціалів в організмі. Зовнішній струм, взаємодіючи з біострумами, може порушити нормальний характер дії біострумів на тканини і органи людини, подавити біоструми і, тим самим, викликати специфічні розлади в організмі Чинники, що впливають на тяжкість ураження електричним струмом

Основні чинники електричного характеру

- величина струму через людину

- величина напруги

- електричний опір тіла людини

- частота і рід струму

СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИЙ ПРОФІЛЬ

Сторінки

Елт 111

Немає коментарів:

Дописати коментар