Prąd stały
1.Obwód elektryczny i jego struktura
Obwód elektryczny to połączenie elementów elektrycznych w taki sposób, że istnieje przynajmniej jedna droga przepływu prądu elektrycznego. Graficznym odwzorowaniem obwodu elektrycznego jest schemat obwodu. Rozróżniamy obwody rozgałęzione (istnieją przynajmniej dwie drogi przepływu prądu) i nierozgałęzione (istnieje jedna droga przepływu prądu - jedno oczko) W schemacie obwodu elektrycznego rozróżniamy:
a gałęzie - gałąź to połączenie kilku elementów obwodu elektrycznego zakończone dwoma zaciskami. b węzły - węzeł to punkt, w którym połączone są co najmniej 3 zaciski gałęzi.
c oczko - zbiór połączonych gałęzi tworzących drogę zamkniętą obwodu elektrycznego.
Prawo Ohma, rezystancja i rezystywność
Napięcie U mierzone na końcach przewodnika o rezystancji R podczas przepływu prądu I jest równe iloczynowi rezystancji i prądu. U=RI
Obwód elektryczny nie rozgałęziony i rozgałęziony
Nierozgałęzione szeregowe: cechą tego połączenia jest to że przez wszystkie elementy przepływa ten sam prąd elektryczny I. Prąd w obwodzie: I=E/R Rezystancja zastępcza dowolnej liczby rezystorów jest równa sumie rezystancji poszczególnych rezystorów. Napięcie Źródłowe zastępcze jest sumą poszczególnych napięć źródłowych. Rozgałęzione równoległe: wszystkie elementy są włączone między tę samą parę węzłów a zatem na zaciskach występuje to samo napięcie U. Odwrotność rezystancji zastępczej jest równa sumie odwrotności poszczególnych rezystorów.
Prawa Kirchhoffa
I Dla każdego węzła obwodu elektrycznego suma prądów dopływających do węzła jest równa sumie prądów odpływających od węzła. Dla każdego oczka obwodu elektrycznego suma algebraiczna prądów jest równa zeru. II W dowolnym oczku odwodu elektrycznego prądu stałego suma algebraiczna napiec źródłowych oraz suma algebraiczna napiec odbiornikowych występujących na rezystancjach rozpatrywanego oczka jest równa zeru. W dowolnym oczku obwodu elektrycznego prądu stałego suma algebraiczna napiec źródłowych jest równa sumie alg napięć odbiornikowych.
Sposoby łączenia rezystorów, źródeł napięć i kondensatorów
Nierozgałęzione szeregowe: cechą tego połączenia jest to że przez wszystkie elementy przepływa ten sam prąd elektryczny I. Prąd w obwodzie: I=E/R Rezystancja zastępcza dowolnej liczby rezystorów jest równa sumie rezystancji poszczególnych rezystorów. Napięcie Źródłowe zastępcze jest sumą poszczególnych napięć źródłowych. Rozgałęzione równoległe: wszystkie elementy są włączone między tę samą parę węzłów a zatem na zaciskach występuje to samo napięcie U. Odwrotność rezystancji zastępczej jest równa sumie odwrotności poszczególnych rezystorów. Połączenie w gwiazdę: rezystancja gałęzi gwiazdy jest równa iloczynowi rezystancji gałęzi trójkąta schodzących się w tym samym węźle podzielonemu przez sumę rezystancji wszystkich gałęzi trójkąta. Połączenie w trójkąt: rezystancja gałęzi trójkąta jest równa sumie rezystancji gałęzi gwiazdy (zbiegających się w tej samej prze węzłów) plus iloczyn tycz rezystancji gwiazdy podzielony przez rezystancję trzeciej gwiazdy.
Moc prądu stałego
Energia elektryczna przekształcona na rezystancji w ciepło, jest wprost proporcjonalna do kwadratu prądu I, rezystancji przewodnika R i czasu t. Stosunek energii prądu elektrycznego do czasu to moc elektryczna P=W/t= UI
Stan jałowy obciążenia i zwarcia
Stan pracy źródła przy rezystancji R równej nieskończoności której odpowiada przerwa w obwodzie nazywamy stanem jałowym. Stan pracy źródła przy rezystancji R równej zeru której odpowiada zwarcie odbiornika nazywamy stanem zwarcia Iz=E/Rw Stan pracy źródła przy dowolnej (różnej od 0 i nieskończoności) wartości rezystancji R nazywamy stanem obciążenia odbiornika. U=E-RwI
Prąd przemienny
Napięcie sinusoidalne zmienne i ich wytwarzanie
Prąd nazywamy zmiennym jeśli zmienia się w czasie jego wartość liczbowa przy zmiennym zwrocie lub zmienia się zwrot przy niezmiennej wartości liczbowej lub zmienia się zarówno zwrot jak i wartość liczbowa.
Wielkości charakteryzujące przebiegi okresowe
Wartością skuteczną prądu sinusoidalnego nazywamy taką wartość prądu stałego który przepływając przez niezmienną rezystancję R w czasie odpowiadającym okresowi T spowoduje wydzielanie na tej rezystancji takie samej ilości energii cieplnej co prąd sinusoidalny w tym samym czasie. Przebiegi których wartość średnia całookresowa jest równa zeru nazywamy przebiegami przemiennymi. Przebiegi sinusoidalne o jednakowej częstotliwości nazywamy przebiegami synchronicznymi. Przesunięciem fazowym przebiegów sinusoidalnych nazywamy różnicę faz początkowych dwóch przebiegów o tej samej częstotliwości.
Moce prądu jednofazowego Współczynnik mocy
Mocą chwilowa nazywamy iloczyn wartości chwilowych napięcia i prądu p=ui Mocą czynną nazywamy wartość średnią mocy chwilowej P=Uicos(fi) Moc czynna jest równa iloczynowi wartości skutecznej napięcia i prądu oraz cos kąta przesunięcia fazowego między napięciem i prądem zwanego współczynnikiem mocy cos (fi) Moc pozorna S: iloczyn wartości skutecznych napięcia i prądu. S=UI Moc bierna Q iloczyn wartości skutecznych napięcia, prądu i sinusa kąta przesunięcia fazowego między nimi Q=UIsin(fi)
Poprawa współczynnika mocy
Dąży się do tego aby współczynnik mocy odbiorców energii elektrycznej był bliski jedności. W tym celu stosuje się różne metody poprawy współczynnika mocy. Wszystkie polegają na kompresowaniu mocy biernej indukcyjnej mocą bierna pojemnościową. Najpowszechniejszą jest kompresowanie mocy biernej za pomocą kondensatorów (baterii kondensatorów)