Одним из столпов знаний современного человека, ответственным за значительную часть достижений цивилизации служит электротехника. Благодаря понятиям электротехники, объясняющим большинство физических процессов, характеризующих электрическую цепь, электричество оказывается доступным в понимании. Неслучайно обучающие курсы электрика, помимо практических занятий, базируются на теоретических основах.
В этой короткой статье мы не будем углубляться в толщу знаний, изложенных в курсе ТОЭ (теоретические основы электротехники). Теория, изложенная в курсе электротехники институтской программы, достаточно сложна в понимании и содержит массу теоретических знаний в практической жизни не нужных обычному человеку. Поэтому коснемся основных понятий, позволяющих ближе понять физическую основу электричества.
Физическое понятие электричества
Сегодня электрическую энергию можно рассматривать как мощный и наиболее востребованный энергетический ресурс. При всем своем огромном потенциале она невидима и ничем не проявляет себя, разумеется, если речь не идет о поражениях электротоком либо о коротком замыкании.
В принципе мы вскользь уже упомянули одно из понятий, на которых базируется теория электротехники — электрический ток, точнее сила тока (I) с единицей измерения А — ампер. Упрощенное понимание позволяет судить о нем как о направленном потоке электронов, обеспечивающем перемещение зарядов. Двигаются свободные электроны в любых материалах, в частности металлах проводников, но в этом случае приходится говорить о хаотичном тепловом движении перемещения зарядов, т.е. появления электрического тока не происходит.
Ток появляется благодаря электрическому полю, приложенному к концам проводника. Это поле может иметь:
- постоянное значение, в этом случае ток протекает в одном направлении — постоянный ток;
- с определенной частотой менять полярность, приложенную к проводнику — ситуация, когда и ток меняет свое направление — переменный ток.
Величину напряжения (U), определяемую вольтами (В), характеризующую силу электрического поля, можно считать следующим понятием основы теории изучения электротехники.
Ну и, чтобы представить физику происходящих в проводниках процессов, составляющих основы электротехники, до конца, поговорим о сопротивлении (R) проводников, величине, измеряемой в омах (Ом). При прохождении электронов через проводник они испытывают сопротивление со стороны материала последнего, сопровождающееся выделением тепловой энергии. В зависимости от проводимости металла, сопротивление меняется, определяя величину препятствия электрическому току.
Основные законы электричества
В процессе развития электротехники дисциплина изучалась выдающимися мировыми учеными-физиками. Огромный вклад был внесен немецким ученым Г. С. Омом, выяснившим взаимозависимость вышеупомянутых характеристик (напряжения, силы тока и сопротивления). Эти исследования породили в первой половине XIX века законы Ома, на применении которых базируется и современная теория электричества.
Классическим считается закон Ома для участка цепи, применимый для постоянных токов и определяемый выражением:
I = U / R
Соответственно по этой формуле можно вычислить каждую из характеристик цепи, зная две остальных. В качестве вариантов базового закона следует рассматривать:
- закон Ома для полной цепи, учитывающий сопротивление источника питания (r): I = U / (R + r);
- закон Ома для переменных токов: I = U / Z, где Z — полное сопротивление цепи, учитывающее активные и реактивные составляющие.
Чтобы несколько больше освоить основы электричества, следует коснуться такого понятия, как мощность (P), измеряемой в ваттах (Вт). Для определения этого параметра, показывающего количественные характеристики использования электрической энергии, необходимы те же параметры, что и в законах Ома:
P = U × I
Несколько приведенных выше основных законов электротехники составят базовое представление об этой, имеющей огромные сферы практического применения науке. Вполне возможно, приведенная в статье информация окажется полезной и избавит от пробелов в знаниях.