Современной электротехники

53. Какими свойствами должны обладать материалы пластин и диэлектриков плоских, цилиндрических и электролитических конденсаторов? Какие типы конденсаторов используются в современной электротехнике?

В современной электротехнике используются процессы прямого и обратного преобразования электрической энергии — энергии электромагнитного поля — в другие виды энергии. В большинстве электротехнических устройств распределение энергии электромагнитного поля между электрическим и магнитным полями таково, что одним из этих полей можно пренебречь. Поэтому далее теория преобразования энергии электрического поля системы заряженных тел и энергии магнитного поля контуров с токами излагается раздельно применительно к наиболее важному преобразованию в механическую энергию.

В реальных цепях постоянного и переменного тока о линейности характеристик элементов цепей можно говорить лишь с определенным приближением. Причиной нелинейности характеристик может быть влияние электрических режимов работы и условий окружающей среды. В частности, отклонение от линейности возникает в результате нагрева резисторов в цепях постоянного тока за счет выделяемой мощности или изменения их сопротивления в цепях переменного тока на высоких частотах в результате поверхностного эффекта. Кроме того, в современной электротехнике широко применяются элементы, имеющие нелинейные характеристики, вид которых определяется физическими основами их проводимости. Поэтому при расчетах электрических цепей важно уметь проводить расчеты при различных спосо-

При графическом способе зависимость задана графиком у=1(к). Преимуществом этого способа является наглядность, позволяющая определить наиболее важные особенности поведения функции. При этом у учащихся появляется возможность проследить характер протекания определенного электротехнического процесса. Кроме того, в современной электротехнике многие процессы являются достаточно сложными, и характеристики приборов заданы только в виде графиков (например, семейства вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов, которые приведены в справочниках). Для непосредственного построения графиков созданы и широко применяются осциллографы. Недостатками ме-тода являются необходимость графических построений и связанная с этим невысокая точность расчета.

Явление резонанса в электрических цепях весьма широко используется в современной электротехнике, и особенно в технике высокой частоты.

В современной электротехнике применение кратковременных воздействий получило настолько ши-

Технические и экономические преимущества трехфазного тока обеспечили ему ведущую роль в современной электротехнике.

Технические и экономические преимущества трехфазного тока обеспечили ему ведущую роль в современной электротехнике.

Таким образом, роль и значение магнитного поля и электромагнитных явлений в современной электротехнике огромна.

Криопроводники. Помимо явления сверхпроводимости, в современной электротехнике все шире используется явление криопроводи-мости (прежнее название — гиперпроводимость), т. е. достижение металлами весьма малого значения удельного сопротивления при криогенных температурах (но без перехода в сверхпроводящее состояние). Металлы, обладающие таким свойством, называются криопроводниками.

Ниже рассматриваются элементы, нелинейность которых обусловлена зависимостью индуктивности L от протекающего тока. Роль этих элементов в современной электротехнике с каждым годом возрастает.

В течение XIX века были сделаны открытия, составляющие основу современной электротехники. Фарадеем был открыт закон электромагнитной индукции, Ленц и Джоуль установили, что прохождение тока по проводнику сопровождается выделением тепла, Максвелл получил основополагающие уравнения электромагнитного поля, носящие его имя, и построил систему современной электродинамики. В 80-х годах У. Томсон открыл и исследовал поверхностный эффект, заключающийся в том, что переменный ток вытесняется к поверхности проводника. В 1886 г. русский ученый И. И. Боргман исследовал нагревание стекла в конденсаторе при быстро следующих друг за другом зарядах и разрядах. Таким образом, уже в XIX веке были заложены теоретические основы техники индукционного нагрева.

Если эти параметры не зависят от токов и напряжений, уравнения теории цепей, связывающие интегральные величины, будут линейными; такие цепи называют линейными. В ряде случаев, весьма важных для современной электротехники, эти параметры являются функциями напряжений и токов; тогда уравнения и цепи становятся н е -линейными.

В устройствах современной электротехники главным образом используется энергия магнитного поля, поэтому их основным параметром является индуктивность L. Для этих устройств вводится понятие магнитной цепи как совокупности тел, большей частью ферромагнитных, в которых создается магнитный поток.

Необходимость изучения таких методов вытекает из следующего: во-первых, в основе современной электротехники лежат единые естественно-математические закономерности; во-вторых, основные математические закономерности им:еют широкое практическое применение, причем именно производством диктуется необходимость изучения все более сложных математических понятий уже на этапе среднего специального образования.

Общий объем всех научных положений, образующих основы современной электротехники, чрезвычайно велик. Поэтому в учебном курсе могут быть рассмотрены лишь основные, наиболее общие и сравнительно простые вопросы.

Деление теории цепей по принципу линейности и нелинейности — естественный результат развития современной электротехники и смежных с ней отраслей знаний; оно продиктовано спецификой нелинейных задач и возросшим значением нелинейной электротехники в науке и технике. В программе курса ТОЭ специально отмечено, что теория нелинейных цепей выделена в самостоятельную часть в связи с исключительно большим значением нелинейных цепей во всех областях .современной электротехники и в первую очередь — в автоматике, вычислительной технике, радиотехнике, электронике и измерительной технике.

Деление теории цепей по принципу линейности и нелинейности — естественный результат развития современной электротехники и смежных с нею отраслей знаний; оно продиктовано спецификой нелинейных задач и -возросшим значением нелинейной электротехники в науке

и технике. В программе курса ТОЭ специально отмечено, что теория нелинейных цепей выделена в самостоятельную часть в связи с исключительно большим значением нелинейных цепей во всех областях современной электротехники и в первую очередь в автоматике, вычислительной технике, радиотехнике, электронике и измерительной технике.

Электротехника — это наука о производстве, передаче и практическом использовании электрической энергии. Зарождение и развитие этой науки связано с именами многих выдающихся русских и зарубежных ученых. В 1802 г. В. В. Петров получил электрическую дугу и указал на возможность ее практического использования для освещения и плавки металлов. Английский физик М. Фарадей в 1821 г. осуществил вращение проводника с током вокруг магнита, создав, таким образом, действующую модель будущего электродвигателя. В 1831 г. им было открыто явление электромагнитной индукции, составляющее основу современной электротехники.

В основе современной электротехники лежат два тесно связанных физических явления — магнетизм и электричество.

Обеспечение высокого качества материалов для современной электротехники потребовало включения в программу подготовки инженеров-электриков специального курса «Электротехнические материалы», в котором рассматриваются: