Министерство  науки и образования Республики Казахстан 

Технико-экономическая  академия кино и телевидения 

                                                   Кафедра инженерных дисциплин

     
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по предмету «Теория электрических цепей»

 

              на тему «Расчет разветвленной электрической цепи

постоянного тока» 
 

         Специальность:  380440 “Программное и аппаратное обеспеспечение вычисли-

                                               тельной техники и сетей”

         Студент:                Бучинский Ю.А.      

         

          Группа:             ПАОС-03-2у с

               

          Руководитель:               Шабанова А.Р.    

              

          Защищена с оценкой             

         

Алматы

2003

Содержание. 

Введение.                                                                                                                        3 

1 Теоритическая  часть.                                                                                                  4 

   1.1. Электрический ток. Сила тока. Условия существования тока в цепи.           4 

   1.2. Электродвижущая сила (ЭДС). Напряжение.                                                   6 

   1.3. Закон Ома для участка цепи. Омическое сопротивление проводника.

         Удельное сопротивление.                                                                                  7 

   1.4. Зависимость удельного сопротивления от температуры.                                8

         Сверхпроводимость. 

   1.5. Последовательное и параллельное соединение проводников.                       10 

   1.6. Закон Ома для полной цепи.                                                                              13 

   1.7. Источники тока, их соединения.                                                                      15 

   1.8. Измерение тока и разности потенциалов цепи.                                              18 

   1.9. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.                  20 

   1.10. Электрический ток в металлах.                                                                      22 

   1.11. Электрический ток в электролитах. Закон электролиза (закон Фарадея). 23 

2 Расчётная часть.                                                                                                        27 

   2.1Задание на курсовую работу                                                                              27 

   2.2.Составление уравнений по двум законам Кирхгофа.                                     28 

   2.3.Определение всех токов и напряжений методом контурных токов.             29 

   2.4.Метод узловых потенциалов.                                                                            31 

   2.5.Энергетический баланс мощностей.                                                                  33 

   2.6 Построение потенциальных диаграмм для двух замкнутых контуров.         34 

Заключение.                                                                                                                  36 

Список литературы.                                                                                                     37

Введение. 

     В процессе выполнения курсовой работы мы попытаемся про анализировать схему разветвленной электрической цепи постоянного тока. В полном объёме изучим её работу. А также будем рассматривать, различные методы определения токов, напряжений и узловых потенциалов. Проверим на практике различные законы Ома, законы Кирхгофа, баланса мощностей. Наглядно графическим методом покажем зависимость напряжения от сопротивления путем построения потенциальных диаграмм, для замкнутых контуров. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Теоритическая часть. 

   1.1. Электрический ток. Сила тока. Условия существования тока в цепи.

Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Электрический ток возникает при упорядоченном  движении свободных электронов, а металлах и полупроводниках или положительных и отрицательных ионов в электролитах. В газах упорядоченно движутся ионы и электроны. За направление тока принимают то направление, в котором упорядоченно движутся положительно заряженные частицы. В металлах направление тока противоположно направлению движения свободных электронов (отрицательно заряженных частиц).

О наличии  электрического тока в проводнике можно  судить по явлениям, сопровождающим ток, т.е. по его действиям:

1) тепловому — проводник с током нагревается. Например, работа электронагревательных приборов основана на этом действии тока. Но есть вещества, у которых данный эффект отсутствует — сверхпроводники;

2) химическому — изменение химического состава проводника и разделение его на составные части. Это действие наблюдается в электролитах и газах. Например, из раствора медного купороса можно выделить чистую медь. Само явление разложения вещества током называется электролизом;

3) магнитному — вокруг любого проводника с током существует магнитное поле, действующее с некоторой силой на соседние токи или намагниченные тела. Например, вблизи проводника с током магнитная стрелка ориентируется определенным образом.

Магнитное действие тока проявляется всюду, независимо от свойств проводника, и поэтому оно является основным действием электрического тока. Количественной характеристикой электрического тока является сила тока I, которая определяется количеством электричества q, протекающего через поперечное сечение проводника за 1 с.

I=q/D t

Сила  тока равна отношению заряда Dq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Dt, к этому интервалу времени. Электрический ток, сила и направление которого не меняется с течением времени, называется постоянным током. В СИ заряды (количество электричества) измеряются в кулонах, а время в секундах, единицей силы тока является ампер (А).

Название  единицы силы тока дано в честь  французского физика Андре Ампера (1775-1836). Единица тока определяется на основе магнитного взаимодействия токов.

Распределение тока по сечению проводника характеризуется вектором плотности тока i, модуль которого равен:

^i=I/s

     Плотность тока определяет ток, приходящийся на единицу площади поперечного сечения проводника. Направление вектора плотности тока совпадает с направлением тока.

Сила  тока может быть как положительной, так и отрицательной. Если направление тока совпадает с положительным направлением вдоль проводника, то I > 0. Если ток направлен в противоположную сторону, то I< 0.

Сила  тока в металлическом проводнике зависит от заряда, переносимого каждой частицей, концентрации частиц, скорости их направленного движения и площади поперечного сечения проводника:

I=q0*n* v*s

Рассмотрим  участок проводника длиной ДL и площадью поперечного сечения S. Положительное направление в проводнике cсовпадает с направлением движения частиц и средней скоростью частиц v, заключенных в объеме, ограниченном сечениями 1 и 2.

  В данном объеме

  V=Dl*S

  Содержится  общее число частиц

      Рис.1

    N=n*v=n*Dl*S,

где п =N/V — концентрация частиц (число частиц в единице

объема). Общий заряд всех частиц:

  q=q0*V=q0*n*Dl*S где q0 — заряд каждой частицы. За промежуток времени

Dt=Dl/v

все частицы  данного объема пройдут через  сечение 2. Сила тока в

проводнике:

I=q/Dt=q0*n*Dl*S/Dt=q0*n*Dl*S/Dl/v=q0*n*v*S 

  Можно выразить скорость упорядоченного движения электронов в проводнике, учитывая, что заряд электрона e=q0:

V=|I|/e*n*S

  Обычно  эта скорость мала. Под скоростью  электрического тока понимают скорость распространения вдоль проводника электрического поля, под действием которого электроны (или другие носители тока) приходят в упорядоченное движение.

  Для возникновения и существования  тока в веществе необходимо наличие свободных носителей заряда и электрического поля, действующего на заряды с некоторой силой, под действием которой заряженные частицы приходят в упорядоченное движение.

    1.2. Электродвижущая сила (ЭДС). Напряжение.

  Постоянный  электрический ток в цепи вызывается стационарным электростатическим полем (кулоновским полем), которое должно поддерживаться источником тока, создающим постоянную разность потенциалов на концах внешней цепи. Поскольку ток в проводнике несет определенную энергию, выделяющуюся, например, в виде некоторого количества теплоты, необходимо непрерывное превращение какой-либо энергии в электрическую. Иначе говоря, помимо кулоновских сил стационарного электростатического поля на заряды должны действовать еще какие-то силы, неэлектростатической природы — сторонние силы.

  Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами. 

     Природа (или происхождение) сторонних сил может быть различной: например, в гальванических элементах и аккумуляторах — это химические силы, в генераторах — это сила Лоренца или силы со стороны вихревого электрического поля.

     Внутри источника тока за счет сторонних сил электрические заряды движутся в направлении, противоположном действию сил электростатического поля, т.е. кулоновских сил. Благодаря этому на концах внешней цепи поддерживается постоянная разность потенциалов. Во внешней цепи сторонние силы не действуют.