Всё сдал! - помощь студентам онлайн Всё сдал! - помощь студентам онлайн

Учебные материалы
для студентов и школьников

Процессы в электрических цепях

  1. Физические процессы в электрических цепях
  2. Переходные процессы в электрических цепях
  3. Причины проявления переходных процессов в электрических цепях

Электрической цепью есть набор приспособлений, что формируют путь протекания электрического тока, и предназначением которых есть выработка, распределение и потребление электроэнергии.

К составу электрической цепи относится набор обязательных элементов:

  • источники электроэнергии;
  • приемники электроэнергии;
  • провода, соединяющие предыдущие компоненты в контур.

Физические процессы в электрических цепях

Переносчиком энергии есть электромагнитное поле, находящееся внутри и вокруг проводов. Потому при изучения физических процессов, имеющих место в электрической цепи, нужно в полной мере рассматривать электромагнитное поле данной цепи.

Для проведения расчетов и изучения электромагнитного поля электрической цепи применяют понятие дифференциала и параметры электромагнитного поля в конкретной точке исследования. Описать математически параметры электромагнитного поля является задачей не из легких.

Зачастую электрические цепи включают отдельные однородные участки. Благодаря этому представляется возможным описать параметры электромагнитного поля для них. При этом применяются математические интегральные величины.

ЭДС источника электроэнергии рассчитывается так:

\(e_a b=\int\limits_a^bE_c торdl\)

Формула для вычисления напряжения запишется так:

\(U_a b=\int\limits_a^b\overrightarrow{E}\overrightarrow{dl}\)

Формула для расчета силы тока:

\(I=\int\limits_S^\Box \overrightarrow{σ}\overrightarrow{ds} \)I

Формула для определения электрического заряда:

\(q=\int\limits_S^\Box \overrightarrow{D}ds\)

Для расчета магнитного потока формула имеет следующий вид:

\(Ф=\int\limits_S^\Box \overrightarrow{B}\overrightarrow{ds} \)

Для расчета электрического сопротивления используют следующее выражение:

\(R = {{l} \over γS}\)

Так как для расчета электрических цепей используют интегральные величины, становится возможным относительно простой расчет с получением параметров с небольшими неточностями.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

banner

Для любой электрической цепи характерно одновременное протекание таких физических процессов:

  • генерирование электрической энергии. Данный процесс имеет место в генераторах посредством трансформации каких-либо видов энергии в электрическую. Например, механической, химической, тепловой и прочих;
  • преобразование электроэнергии в прочие виды энергии. Подобные процессы имеют место в приемниках;
  • возвращение или накапливание электроэнергии в магнитном поле:
    \(W_M=\int_a^\Box { {1} \over 2} μμ_0 H^2 dV_2; \)
  • возвращение или накапливание электроэнергии в электрическом поле:
    \(W_Э=\int_V^\Box { {1} \over 2} μμ_0 H^2 dV. \)

Все вышеназванные процессы характерны для всех компонентов электрической цепи и производятся в один момент, подчиняясь законам сохранения энергии.

Для расчета физических процессов в электрических цепях их представляют, как условные схемы, состоящие из идеальных компонентов. При этом каждый из них будет соответствовать определенному процессу. К данным элементам относятся пять компонентов:

  1. Идеальный источник ЭДС \(E\). Этот компонент производит постоянную ЭДС, которая не зависима от силы тока и описывается напряжением.
  2. Идеальный источник электрического тока \(I\). Этот компонент производит постоянный электрический ток. Эта величина не зависима от напряжения и описывается током.
  3. Идеальный резистор \(R\). Этот компонент выполняет функцию преобразования электроэнергии в прочие виды энергии. Он обозначается символически и описывается сопротивлением.
  4. Идеальная катушка индуктивности \(L\). Данный компоненте цепи отвечает за возвращение или накапливание электроэнергии в магнитном поле. Он описывается индуктивностью.
    \(W_M={{Li^2} \over 2} \)
  5. Идеальный конденсатор \(C\). Этот компоненте цепи отвечает за возвращение или накапливание электроэнергии в электрическом поле. Он описывается емкостью.
    \(W_Э={{Сu^2} \over 2} \)

Все компоненты цепи отображаются посредством одного или двух идеальных компонентов, в зависимости от того, какие именно процессы нужно рассчитать.

Переходные процессы в электрических цепях

Под влиянием различных факторов в электрических цепях происходят переходные процессы. Подобное влияние способствует переходу электрических цепей из устоявшихся состояний в какие-то новые. Источниками таких воздействий может быть коммутационная аппаратура, подключение или отключение источников и прочее.

К примеру, если есть электрическая цепь с источником напряжения \(U_0\), к ней подключить разряженный конденсатор \(C\) через резистор \(R\), то напряжение в конденсаторе изменится от нуля до \(U_0\) согласно закону:

\(U_c(t)=U_0(1-e^ {{1} \over τ}),\)

где \(τ=RC\) – постоянная времени.

Анализируя процессы в электрических цепях, сталкиваются с их разновидностями. Они бывают переходными и стационарными (установившимися).

Стационарными есть такие процессы, при которых значения напряжений и токов остаются постоянными на отдельных участках.

Для стационарных процессов характерен повтор мгновенных значений токов и напряжений в разветвлениях. При этом токи, напряжения и структура цепи неизменны. Для установившихся процессов характерна зависимость напряжений и токов от разновидностей внешних воздействий и характеристик самой цепи.

Переходным есть процесс в электрической цепи, проявляющийся при ее переходе от одного состояния в другое, что отличается от предыдущего хотя бы одни параметром. Напряжения и токи при таком переходе называют переходящими.

Стационарный режим может изменяться из-за внешних сигналов, например, включения или выключения внешних или внутренних источников влияния.

Коммутацией есть любая перемена в электрической цепи, активизирующая процесс перехода.

Коммутацией в электрических цепях есть процесс переключения элементов электрической цепи или отключение полупроводникового устройства.

Все переходные процессы на практике являются быстропротекающими. Они могут протекать за тысячные доли секунды. В очень редких случаях они могут длиться секунду и более.

При этом рождается вопрос, а есть ли смысл обращать внимание на столь быстротечные процессы? На данный вопрос в каждом конкретном случае будет свой ответ, так как роль каждого из таких процессов может быть различна по степени важности. Переходные процессы особо важное значение имеют в устройствах усиливающих, преобразовывающих и формирующих импульсные сигналы, продолжительность которых равна длительности таких переходных процессов.

Переходные процессы есть основной причиной изменения импульсных сигналов при пересечении ими электрических цепей. Анализирование и вычисление параметров автоматических устройств, непрерывно осуществляющих преобразования электрических цепей, невозможно без переходных процессов.

При этом, для некоторых устройств переходные процессы являются крайне нежелательными. Рассчитывая переходные процессы, определяют потенциальную возможность перенапряжения и резкого роста электрического тока, что является очень важным в электрических цепях большой емкости и индуктивности.

banner

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Причины проявления переходных процессов в электрических цепях

Проявление переходных процессов непосредственно зависит от особенностей преобразования энергетических запасов реактивных элементов электрической цепи. Энергию, накапливающуюся в магнитном поле индукции, по которому течет ток, выражают так:

\(W_L = {1 \over 2}(Li_L^2)\)

Энергию, накапливающуюся в электрическом поле конденсатора, заряженного до напряжения U_C, выражают формулой:

\(W_C = {1 \over 2}(Cu_C^2)\)

Так как запас магнитной энергии \(W_L\) зависит от электрического тока катушки \(i_L\), а электрической энергии \(W_C\) – от напряжения конденсатора \(u_C\), то при самых разных коммутациях наблюдается ключевое правило: напряжение конденсатора и ток катушки не меняются скачкообразно. Другими словами, их изменение происходит плавно.

Согласно понятиям физики, переходными процессами есть процессы перехода цепи из докоммутационного энергетического режима в послекоммутационный. Каждый стационарный процесс в электрической цепи характеризуется определенными значениями магнитной и электрической энергии.

При каждом переходе от одного состояния к другому наблюдается уменьшение или увеличение энергии полей, что способствует процессу перехода, который заканчивается лишь при завершении преобразования энергии. Если в процессе коммутации энергия в цепи не меняется, то переход не происходит.

Процесс перехода при коммутации возможен только тогда, когда происходит изменение стационарного режима цепи с элементами, аккумулирующими энергию.

Процессы перехода могут быть спровоцированы:

  • включением или отключением электрической цепи;
  • коротким замыканием элементов или участков цепи;
  • подсоединением или отсоединением отдельных элементов или целых ветвей.

Также нужно сказать, что процессы перехода имеют место под влиянием на электрическую цепь импульсных сигналов.

Не нашли нужную информацию?

Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.

Гарантия низких цен

Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.

Доработки и консультации включены в стоимость

В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.

Вернем деньги за невыполненное задание

Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.

Тех.поддержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.

Тысячи проверенных экспертов

Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».

1 000 +
Новых заказов каждый день
computer

Гарантия возврата денег

Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!

guarantees

Безопасная сделка

Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока

guarantees_shield

Гарантия возврата денег

В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы

Отзывы студентов о нашей работе

315 972 оценки star star star star star
среднее 4.9 из 5
РГАЗУ
Работа выполнена досрочно. Замечаний никаких нет. Преподаватель всё зачел. Всем рекомендую...
star star star star star
Мами
Работа выполнена отлично , очень качественно. Я очень довольна. Большое спасибо исполнителю.
star star star star star
СПбГТИ
Работу оценили на 24 балла из 25, были выполнены доработки, так же объяснили почему первый...
star star star star star
Вы студент и хотите заказать работу, прямо сейчас без наценки и посредников?
Закажи индивидуальную работу за 1 минуту!

«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами


Сайт работает по московскому времени:

Вход или
регистрация
Регистрация или
Не нашли, что искали?

Заполните форму и узнайте цену на индивидуальную работу!

Файлы (при наличии)

    это быстро и бесплатно