Что изучает электротехника
Радиотехника для начинающих
Данная наука знает практически все об электричестве. Изучить ее необходимо всем, кто хочет получить диплом или квалификацию электрика. В большинстве учебных заведений курс, на котором изучают все, что связано с электроэнергией, называется «Теоретические основы электротехники» или, сокращенно ТОЭ.
Данная наука получила развитие в XIX веке, когда был изобретен источник постоянного тока, и появилась возможность строить электрические цепи. Дальнейшее развитие электротехника получила в процессе новых открытий в области физики электромагнитных излучений. Чтобы без проблем осваивать науку в настоящее время, необходимо иметь знания не только в области физики, но также химии и математики.
В первую очередь, на курсе ТОЭ изучаются основы электричества, дается определение тока, исследуются его свойства, характеристики и направления применения. Далее изучаются электромагнитные поля и возможности их практического использования. Завершается курс, как правило, изучением устройств, в которых используется электрическая энергия.
Предмет изучения электротехники
Чтобы разобраться с электричеством, не обязательно поступать в высшее или среднее учебное заведение, достаточно воспользоваться самоучителем или пройти видеоуроки «для чайников». Полученных знаний вполне хватит, чтобы разобраться с проводкой, заменить лампочку или повесить люстру дома. Но, если планируется профессионально работать с электричеством (например, в должности электромонтера или энергетика), то соответствующее образование будет обязательным. Оно позволяет получить специальный допуск на работу с приборами и устройствами, работающими от источника тока.
Электрика для чайников
Электроника окружает человека в виде различных устройств и приборов. Современная бытовая техника в большинстве своём управляется с помощью электронных схем. Курсы обучения основам электроники для начинающих нацелены на то, чтобы новичок мог отличать транзистор от резистора и понимать, как и для чего служит та или иная электронная схема.
Учебник по электронике для новичков
Учебные пособия и видеокурсы способствуют пониманию принципов построения электронных схем. Что такое печатная плата, как создать схему своими руками – на все эти вопросы отвечают основы электроники для новичков. Усвоив азы электроники, домашний «мастер» сможет определить вышедшую из строя радиодеталь в телевизоре, аудио устройстве и другой бытовой технике и заменить её. Кроме этого, новичок приобретёт опыт работы с паяльником.
Электронная схема усилителя звука
Видеокурсы, печатная продукция несут в себе массу информации по освоению основ электротехники, электромеханики и электроники. Приобрести знания в этих сферах можно, не выходя из дома. Просмотреть нужное видео, заказать учебники позволяет доступность сети интернета.
Формулы для постоянного электрического тока
Постоянный электрический ток не изменяется в величине и направлении. Он используется для расчета замкнутой, однородной цепи, мощности и прочих параметров
Поэтому важно знать формулы для него и основные законы, связанные с ним
Закон Ома для участка однородной цепи
Чтобы электрический ток существовал, нужно поле. Для его образования, нужны потенциалы или разность их, выраженная напряжением. Ток будет направлен на снижение потенциалов, а электроны начнут свое передвижение в обратном направлении. В 1826 г. Г. Ом провел исследование и сделал заключение: чем больше показатель напряжения, тем больше ток, который проходит через участок.
В результате, согласно теореме Ома, сила тока для участка однородной цепи будет иметь прямую пропорциональность показателю напряжения на нем и обратную пропорциональность проводниковому сопротивлению.
Закон Ома
По формуле I = U / R, где I считается силой тока, U — напряжением, а R — электрическим сопротивлением, последнее значение можно найти, если p * l / S, где p является удельным проводниковым сопротивлением, l — длиной проводника, а S — площадью поперечного проводникового сечения.
Закон Ома для замкнутой цепи с источником тока
Ом сделал формулу и для замкнутой цепи. По ней ток на этом участке из токового источника, имеющего внутреннее и внешнее нагрузочное сопротивление, равен делению электродвижущей силы источника на сумму внутреннего и внешнего сопротивления. Она выглядит так: I = e / R + r, где I является токовой силой, е — ЭДС, R — сопротивлением, а r — внутренней сопротивляемостью источника напряжения.
Закон Ома для замкнутой цепи
Работа постоянного тока
Энергия, когда проходит через проводник, упорядоченно двигается в носитель. Во время движения она совершает работу. В результате работой постоянного тока называется деятельность поля, направленная на перенос электрических зарядов по проводнику. Она равна умножению I на совершаемое работой напряжение и время.
Закон Джоуля-Ленца
Когда электричество проходит через какой-то проводник с сопротивляемостью, всегда высвобождается теплота. Количество тепла, которое высвободилось за определенный промежуток времени, определяет закон Джоуля-Ленца. По формуле мощность тепла равняется умножению плотности электричества на напряжение — w =j * E = oE(2).
Закон Джоуля-Ленца
Электротехника и электромеханика
Электромеханика является разделом электротехники. Она изучает принципы функционирования устройств и оборудования, которые работают от источника электрического тока. Изучив основы электромеханики, можно научиться ремонтировать различное оборудование или даже проектировать его.
В рамках уроков по электромеханике, как правило, изучаются правила преобразования электрической энергии в механическую (каким образом функционирует электродвигатель, принципы работы любого станка и так далее). Также исследуются и обратные процессы, в частности, принципы действия трансформаторов и генераторов тока.
Таким образом, без понимания того, как составляются электрические цепи, принципов их функционирования и других вопросов, которые изучает электротехника, осваивать электромеханику невозможно. С другой стороны, электромеханика является более сложной дисциплиной и носит прикладной характер, поскольку результаты ее изучения применяются непосредственно при конструировании и ремонте машин, оборудования и различных электрических устройств.
Законы Кирхгофа
Электрика любого помещения выполняется в виде замкнутых, рабочих электрических цепей. Два главных закона, которые определяют процессы в электрических сетях, являются законы Кирхгофа. Их два. Оба из них применяются и для постоянных и для переменных токов.
Первый закон Кирхгофа утверждает:
Суммарная величина токов направленная к узлу электрической сети равна суммарной величине токов направленных от узла.
В практике на основе первого закона Кирхгофа основана работа Устройств защитного отключения (УЗО). Работа УЗО заключается в отключении электропитания сети при возникновении токов утечки. При нормальном режиме работы суммарное значение тока, втекающая в электрическую сеть равна значению тока утекающему из нее. Если равенство токов нарушается, значит, в сети есть утечка. УЗО сконструировано и подключено таким образом, что при утечке тока УЗО его обнаруживает и размыкает питание электросети.
Второй закон Кирхгофа гласит:
Любой замкнутый контур переменной электрической сети имеет равные значения комплексных напряжений и ЭДС (электродвижущих сил) на всех пассивных элементах сети.
Практическое применение можно пояснить на любой квартирной группе электропитания. Для пояснения рассмотрим квартиру.
Сколько бы групп электропитания в квартире не было, на любой розетке или светильнике напряжение в сети (при рабочем режиме) будет 220 вольт.
Тун А. Я. Наладка бесконтактной аппаратуры электроприводов. М.-Л., «Энергия», 1964. 88 c.
В книге рассмотрены способы контрольных испытаний и снятия характеристик ионно-электронных и полупроводниковых приборов, магнитных усилителей и некоторых бесконтактных датчиков, применяемых в схемах электропривода; приведены их типовые характеристики. Специальное место уделено вопросам контрольной нагрузки и отбраковки бесконтактных аппаратов.
Книга предназначается для электротехнического персонала, выполняющего работы по наладке автоматизированных электроприводов, а также может быть полезна студентам высших и средних электротехнических учебных заведений.
Техника безопасности
Если Вы самостоятельно никогда не выполняли электромонтажные работы, то не следует думать, что прочитав этот материал, Вы сможете все сделать правильно, безопасно для себя и будущих пользователей. Статья позволит понять, как устроена бытовая осветительная сеть, уяснить основные принципы ее монтажа. Первый раз электромонтажные работы нужно проводить под наблюдением опытного специалиста. В любом случае, вне зависимости от того, имеете ли Вы официальный допуск, Вы берете на себя ответственность за жизнь, здоровье и безопасность себя и окружающих.
Никогда не работайте с высоким напряжением в одиночку. Всегда должен рядом быть человек, который в критической ситуации сможет обесточить систему, вызвать экстренные службы и оказать первую помощь.
Не следует выполнять работы под напряжением. Это развлечение для опытных профессионалов. Обесточьте сеть, с которой будете работать, убедитесь, что никто не сможет случайно включить электричество, когда Вы будете заниматься монтажом.
Не надейтесь на то, что до Вас проводка была выполнена правильно. Обзаведитесь датчиком (индикатором) фазы. Это такое устройство, похожее на отвертку или шило. У него есть щуп. Если щуп прикасается к проводу, находящемуся под напряжением, то загорается индикатор. Убедитесь, что Вы умеете правильно пользоваться этим датчиком. Есть тонкости. Некоторые датчики правильно работают только если пальцем прижимать специальный контакт на ручке. Перед тем, как начинать работу, с помощью индикатора фазы убедитесь, что проводка обесточена. Я не раз встречал ошибочно выполненные варианты проводки, когда автомат на входе разрывает только один провод, не обеспечивая полное обесточивание сети. Такая ошибка очень опасна, так как, отключив автомат, Вы предполагаете, что сеть обесточена, а это не так. Датчик фазы сразу предупредит Вас об опасности.
Энергия и мощность в электротехнике
Электрика для начинающих даёт разъяснения терминов энергии и мощности. Эти характеристики напрямую связаны с законом Ома. Энергия может перетекать из одной в другую форму. То есть она может быть ядерной, механической, тепловой и электрической.
В динамиках звуковых устройств потенциал электрического тока преобразовывается в энергию звуковых волн. В электродвигателях токовый энергопоток превращается в механическую энергию, которая заставляет вращаться ротор мотора.
Любые электрические устройства потребляют нужное количество электроэнергии в течение определённого временного промежутка. Количество потреблённой энергии в единицу времени является мощностью потребителя электричества. Более подробное толкование мощности можно найти в главах учебного пособия, посвящённых электромеханике для начинающих.
Мощность определяют по формуле:
N = I x U.
Измеряется этот параметр в ваттах. Единица измерения мощности Ватт означает, что ток силой в один Ампер перемещается под напряжением 1 Вольт. При этом сопротивление проводника равно 1-му Ому. Такая трактовка характеристики тока наиболее понятна для начинающих постигать основы электричества.
Энергия и мощность в электротехнике
В электротехнике существуют еще и такие понятия, как энергия и мощность, связанные с законом Ома. Сама энергия существует в механической, тепловой, ядерной и электрической форме. В соответствии с законом сохранения энергии, ее невозможно уничтожить или создать. Она может лишь преобразовываться из одной формы в другую. Например, в аудиосистемах осуществляется преобразование электроэнергии в звук и теплоту.
Любые электрические приборы потребляют определенное количество энергии на протяжении установленного промежутка времени. Эта величина индивидуальна для каждого прибора и представляет собой мощность, то есть объем энергии, который может потребить тот или иной прибор. Этот параметр вычисляется по формуле P = I x U, единицей измерения служит ватт. Он означает перемещение одного ампера одним вольтом через сопротивление в один ом.
Таким образом, основы электротехники для начинающих помогут на первых порах разобраться с основными понятиями и терминами. После этого будет значительно легче использовать полученные знания на практике.
Ратмиров В. А., и др. Системы с шаговыми двигателями, М.—Л., Издательство «Энергия», 1964, 136 с. с черт.
В книге показаны области применения приводов с шаговыми двигателями (в устройствах программного управления, старт-стопных механизмах и т. д.) и приведены основные данные серийно выпускаемых шаговых двигателей и систем управления ими. В книге рассмотрены структурные схемы привода с шаговыми двигателями, выполненного на основе типовых элементов и узлов.
Даны методы экспериментального и теоретического исследований шагового привода. Приведены параметры шагового электрогидравлического привода.
Книга предназначена для инженеров, работающих в области автоматизации, и может быть полезна в качестве пособия студентам соответствующих специальностей.
Техника безопасности
При работе с электрическими сетями или приборами соблюдают такие правила:
- Перед началом эксплуатации или ремонта оборудования изучают инструкцию. В разделе безопасности прописаны недопустимые действия, приводящие к замыканию и поражению током.
- Устройства необходимо обесточивать. После этого оценивают состояние изоляции проводов. При выявлении повреждений оголенные места закрывают изолентой.
- При невозможности обесточивания электрической сети работают в диэлектрических перчатках, обуви на резиновой подошве и специальных очках.
- Доступ к распределительным щитам и электроустановкам начинающим специалистам запрещен.
- Нельзя касаться лишенных изоляции проводов руками. Для поиска фазы используют мультиметры, индикаторные отвертки и другие инструменты.
Понятия и свойства электрического тока
Электрические законы и формулы требуются не только для проведения каких-либо расчетов. Они нужны и тем, кто на практике выполняет операции, связанные с электричеством. Зная основы электротехники можно логическим путем установить причину неисправности и очень быстро ее устранить.
Суть электрического тока заключается в движении заряженных частиц, переносящих электрический заряд от одной до другой точки. Однако при беспорядочном тепловом движении заряженных частиц, по примеру свободных электронов в металлах, переноса заряда не происходит. Перемещение электрического заряда через поперечное сечение проводника происходит лишь при условии участия ионов или электронов в упорядоченном движении.
Электрический ток всегда протекает в определенном направлении. О его наличии свидетельствуют специфические признаки:
- Нагревание проводника, по которому протекает ток.
- Изменение химического состава проводника под действием тока.
- Оказание силового воздействия на соседние токи, намагниченные тела и соседние токи.
Электрический ток может быть постоянным и переменным. В первом случае все его параметры остаются неизменными, а во втором – периодически происходит изменение полярности от положительной к отрицательной. В каждом полупериоде изменяется направление потока электронов. Скорость таких периодических изменений представляет собой частоту, измеряемую в герцах
Системы автоматической защиты
Электросеть несет 2 вида угроз:
- Мощность бытовой проводки достаточна для возгорания материалов, используемых при отделке помещений. Замыкание в сети приводит к неконтролируемому повышению силы тока и воспламенению. Свести вероятность возникновения такой ситуации к нулю невозможно, однако ее снижают путем введения в цепь автоматического выключателя. При повышении параметров тока пластина устройства деформируется, высвобождается пружина, которая размыкает контакты. Автомат не реагирует на импульсы пускового тока.
- Нулевой провод связан с землей, фазовый находится под напряжением по отношению к ней. Между таким проводником и заземленными предметами возникает ток. Поражение человека электричеством, образующимся между 2 сетевыми кабелями, практически не опасно. Однако при некоторых условиях прохождения тока электротравма становится смертельной. Автоматические системы защиты следят, чтобы ток входил в один провод и уходил по другому. При появлении напряжения между фазой и заземленным предметом, например, телом человека, УЗО обесточивает сеть.
Описание дисциплины «Теоретические основы электротехники»
В зачётках студентов, получающих технические специальности, можно увидеть загадочную аббревиатуру «ТОЭ». Это как раз и есть нужная нам наука.
Датой рождения электротехники можно считать период начала XIX века, когда был изобретён первый источник постоянного тока. Матерью «новорождённой» отрасли знаний стала физика
Последующие открытия в области электричества и магнетизма обогатили эту науку новыми фактами и понятиями, имевшими важное практическое значение
Свой современный вид, как самостоятельная отрасль, она приняла в конце XIX века, и с тех пор входит в учебную программу технических ВУЗов и активно взаимодействует с другими дисциплинами. Так, для успешного изучения электротехники необходимо иметь теоретический багаж знаний из школьного курса физики, химии и математики. В свою очередь, на ТОЭ базируются такие важные дисциплины, как:
- электроника и радиоэлектроника;
- электромеханика;
- энергетика, светотехника и др.
Центральным объектом внимания электротехники является, конечно, ток и его характеристики. Далее теория рассказывает об электромагнитных полях, их свойствах и практическом применении. В заключительной части дисциплины освещаются устройства, в которых трудятся энергичные электрончики. Осиливший эту науку многое поймёт в окружающем мире.
Каково значение электротехники в наше время? Без знания данной дисциплины нельзя обойтись электротехническим работникам:
- электрику;
- монтёру;
- энергетику.
Вездесущность электричества делает его изучение необходимым и простому обывателю, чтобы быть грамотным человеком и уметь применять свои знания в повседневной жизни.
https://youtube.com/watch?v=jtAEpUvaFwg
Электричество в природе
Природное электричество представлено следующими явлениями:
1.Атмосферное электричество (ветвистые и шаровые молнии); 2.Электрические импульсы в нервной системе живых организмов; 3.Электрические заряды, используемые некоторыми видами скатов и морских рыб для защиты от опасности и добычи пищи.
Электричество в природе
Дальнейшая суть электричества связана с самим движением этих электронов в различных средах.материалах и условиях. Например действие обычной батарейки. В ней находятся химические вещества, которые взаимодействуя друг с другом. Они из одного своего состояния переходят в другое. Это происходит посредством перераспределения электронов между изменяющимися веществами внутри. И так работает со множество электрических явлений, процессов и взаимодействий. В итоге и получаем всё то разнообразиевзаимодействий. К примеру, обычная батарейка. В ней находятся различные химические вещества, переходят в другое, а сопутствующим процессом будет перераспределение электронов внутри. Если есть дисбаланс электрических зарядов, значит есть и сила, стремящаяся выровнять его. И эту самую силу используют в батарейке для питания различных электрических устройств.
Металлы — проводники электричества
Металлы служат проводником этих самых электронов (заряженных частиц). Они легко перетекают по проводнику с одного участка в другой. Пока же совершается движение электронов, происходят параллельные физические явления. К примеру, когда много электронов упорядоченно движутся через тонкий проводник, они сталкиваются с атомами, неподвижно стоящих на своих местах в кристаллической решётки вещества. В результате таких столкновений энергия движения электронов переходит в энергию тепла атома, с которым было столкновение. То есть, энергия движения электронов частично перешла в энергию тепла, произведя нагрев данного вещества.
Электромагнитные поля
Есть и другой пример, в котором проявляется суть электричества. Это взаимодействие электромагнитных полей. Вспомним, что вокруг неподвижных заряженных частиц существует электрическое поле, а вокруг движущихся электрических частиц ещё возникает и магнитное поле. В итоге, когда заряженные частицы движутся вокруг них образуется общее электромагнитное поле, и оно воздействует на другие поля иных заряженных частиц. По такому принципу работает электродвигатель. Простыми словами — магнитные поля заставляют вращаться электрический мотор, а в этот момент по его обмоткам совершается перетекание электрических зарядов с одного полюса на другой.
Схематичное движение электрических зарядов с одного полюса на другой
Ветрогенераторы
Представляют собой комбинацию установленной на специальной мачте ветротурбины с лопастями и электрогенератора. При прохождении потоков воздуха через данную установку лопасти под их воздействием начинают вращаться и приводят в движение соединённый с редуктором внутренний вал.
Такая конструкция позволяет увеличить первоначальную скорость вращения. Редуктор подключён к генератору, который при вращении ротора вырабатывает электрический ток. Его излишки накапливаются в установленных аккумуляторах.
В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Первый тип более популярен. Многие модели оснащены системой автоматического разворота по направлению ветра, значительно увеличивающей эффективность работы установки.
Преимущества данных устройств во многом аналогичны солнечным батареям. КПД может составлять от 25% до 47% в зависимости от конкретной модели и погодных условий.
Основными недостатками являются шум во время работы и низкочастотный инфразвук, негативно влияющий на состояние здоровья. По этой причине устанавливать мачту с устройством следует как можно дальше от жилья.
Безопасность и практика
Основы электротехники для начинающих делают особое ударение на правилах техники безопасности. Их несоблюдение на практике порой может стать причиной получения электротравм и повреждения имущества. Для новичков в электротехнике надо следовать четырём основным требованиям ТБ.
Четыре правила техники безопасности для новичков:
- Перед работой с каким-либо устройством или оборудованием следует ознакомиться с его документацией. Все руководства по эксплуатации имеют раздел безопасности. В нём описаны опасные действия, которые могут вызвать короткое замыкание или удар электрическим током.
- Прежде, чем приступать к работе с электротехническими устройствами или электропроводкой, нужно отключить электричество. Затем произвести осмотр состояния изоляции проводников. Если обнаружено нарушение изоляционного покрытия, то оголённую часть проводников надо покрыть отрезком изоляционной ленты.
- При работе с проводкой и оборудованием под напряжением бытовой электросети надо использовать диэлектрические перчатки, защитные очки и обувь на толстой резиновой подошве. В электрораспределительных шкафах, щитах и электроустановках новичкам вообще делать нечего. Ими занимаются квалифицированные электрики, которые имеют допуск к работе под напряжением.
- Ни в коем случае нельзя касаться оголённых проводников руками. Для этого есть отвёртки-пробники, мультиметры и другие электроизмерительные приборы. Только убедившись в отсутствии напряжения, можно касаться проводов.
Преимущества и недостатки электрической системы отопления
Электрообогрев в частном секторе имеет ряд достоинств:
Легкий и простой монтаж. С задачей установки домашний мастер может справиться своими силами, ему не понадобится профессиональный инструмент, и не придется оканчивать специальные курсы, чтобы получить необходимые знания. Нужное для работы оборудование обладает небольшими размерами, для его монтажа требуется минимум затрат и времени.
Все приборы и материалы можно легко переносить из помещения в помещение, не требуется строительство отдельной котельной или дымохода.
Минимум затрат на подготовительном этапе. Нет необходимости готовить проектные документы, не требуется брать специального разрешения на установку или прибегать к дорогим услугам профессиональных специалистов.
Надежная и бесшумная работа. Электрооборудованию не нужно постоянное сервисное обслуживание, вам не придется обращаться к мастерам, в системе не предусмотрено наличие циркуляционного насоса или вентилятора, поэтому она работает бесшумно.
Долговечность оборудования и простой уход. Устройство электрического отопления для дома не предполагает применения ненадежных элементов, способных быстро поломаться, хозяину жилища не понадобится контролировать работу датчиков или следить за уровнем топлива.
Высокий КПД. Надежные модели хорошо обогревают частные дома в любую непогоду, в системе имеется возможность отрегулировать температурный режим каждого помещения, а это экономия денежных средств из семейного бюджета.
