Законы электроники

В электронике существует ряд законов, выведенных различными учеными (Омом, Кирхгофом, Джоулем, Ленцем) и ставших основными постулатами, если хотите – догмами электроники. В первую очередь это законы Ома и Кирхгофа для участков цепи и замкнутых цепей. Кроме того постулаты о работе и мощности электрического тока. А так же закон Джоуля-Ленца о тепловом действии тока и закон Био-Савара, касаемый электродинамического действия тока.

Итак, закон Ома для участка цепи постоянного тока звучит следующим образом: величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Формульная запись этого закона выглядит следующим образом:

где I – сила тока в амперах; U – напряжение в вольтах; R – сопротивление участка цепи в омах.

Закон Ома для полной замкнутой цепи постоянного тока. Величина тока в цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника электрической энергии и обратно пропорциональна полному сопротивлению всей цепи:

где I – сила тока в амперах; E – ЭДС источника в вольтах, R0 – внутренне сопротивление источника электрической энергии в омах; Rн – внешнее сопротивление цепи в омах; Rп = R0 + Rн – полное сопротивление всей цепи в омах.

Первый закон Кирхгофа. Сумма токов, притекающих к любой узловой точке параллельной цепи, равна сумме токов, утекающих от нее (рис.1).

Рисунок 1. Разветвленная электрическая цепь

Математическая запись этого закона выглядит следующим образом:


где I1, I2, … , In – токи, притекающие к узловой точке; I1, I2, … , Im – токи, утекающие из узловой точки.

Например, на схеме, изображенной на рис.1:

для точки а :   I = I1 + I2 + I3;

для точки б :  :   I = I1 + I4.

Из первого закона Кирхгофа следует, что токи в ветвях распределяются обратно пропорционально сопротивлениям ветвей.

Второй закон Кирхгофа. Во всякой замкнутой электрической цепи алгебраическая сумма всех электродвижущих сил равна алгебраической сумме падений напряжений на всех участках этого контура:


Рассмотрим пример цепи, состоящей из трех источников тока с ЭДС  Е1, Е2 и Е3 с внутренними сопротивлениями R01, R02 и R03 и из внешнего сопротивления R (рис.2).

Рисунок 2. Замкнутая электрическая цепь

согласно второму закону Кирхгофа получим:


Электрический ток, проходя по проводникам, совершает ту или иную работу, превращая электрическую энергию в какой-либо иной вид энергии: тепловую, световую, механическую, химическую и т.д.

Величина работы электрического тока определяется по формуле:


где  A – работа в джоулях; U – напряжение в вольтах; I – ток в амперах; t – время действия тока в секундах.

Принимая во внимание,

получаем:


Так, как

то


Мощностью электрического тока называется его работа, отнесенная к единице времени:

– мощность электрического тока в ваттах; А – работа электрического тока в джоулях; t – время, в течение которого производится работа А.

Учитывая

получаем:

Так как

получаем

То есть, мощность, развиваемая током в нагрузке в неизменном сопротивлении Rн прямо пропорциональна квадрату тока.

Выражая силу тока через напряжение и сопротивление

получаем

то есть мощность, развиваемая электрическим током в неизменном сопротивлении Rн, пропорциональна квадрату напряжения, приложенного к этому сопротивлению, и обратно пропорциональна сопротивлению нагрузки Rн.

Закон Джоуля-Ленца, тепловое действие тока. Количество тепла, выделяемое током в проводнике при неизменном его сопротивлении R, прямо пропорционально квадрату тока и времени протекания этого тока по проводнику:


где Q – количество тепла в джоулях; I – ток в амперах; R – сопротивление в омах; t – время в секундах.

Закон Био-Савара. Электродинамическое действие тока. Сила, действующая на 1 см длины проводника, для двух параллельных проводников прямо пропорциональна произведению токов, текущих по проводникам, и обратно пропорциональна расстоянию между проводниками:


где I1 и I2 – токи в амперах; a — расстояние между проводниками в метрах; F — сила взаимодействия в Ньютонах.


Поделитесь этой статьей с друзьями в социальных сетях:
Свяжитесь с автором статьи в социальных сетях:

2 комментариев на «Законы электроники»

  1. :

    Хороший пример для закона Кирхгофа: любой асинхронный электродвигатель подключенный по типу «звезда» — в узле куда подключены все обмотки двигателя сумма токов при работающем двигателе равна нулю, сам проверял пальцем ))))))

    • Юрий Бородин:

      Ну неужели же нужно было именно пальцем? Это опасно для здоровья.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>