Закон Кулона, конденсатор, сила тока, закон Ома, закон Джоуля – Ленца
Закон Кулона — это один из основных законов электростатики. Он определяет величину и направление силы взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами.
Под точечным зарядом понимают заряженное тело, размер которого много меньше расстояния его возможного воздействия на другие тела. В таком случае ни форма, ни размеры заряженных тел не влияют практически на взаимодействие между ними.
Закон Кулона экспериментально впервые был доказан приблизительно в 1773 г. Кавендишем, который использовал для этого сферический конденсатор. Он показал, что внутри заряженной сферы электрическое поле отсутствует. Это означало, что сила электростатического взаимодействия меняется обратно пропорционально квадрату расстояния, однако результаты Кавендиша не были опубликованы.
В 1785 г. закон был установлен Ш. О. Кулоном с помощью специальных крутильных весов.
Опыты Кулона позволили установить закон, поразительно напоминающий закон всемирного тяготения.
Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
где $|q_1|$ и $|q_2|$ — модули зарядов; $r$ — расстояние между ними; $k$ — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц. Сила взаимодействия направлена по прямой, соединяющей заряды, причем одноименные заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются.
Сила взаимодействия между зарядами зависит также от среды между заряженными телами.
В воздухе сила взаимодействия почти не отличается от таковой в вакууме. Закон Кулона выражает взаимодействие зарядов в вакууме.
Кулон — единица электрического заряда. Кулон (Кл) — единица СИ количества электричества (электрического заряда). Она является производной единицей и определяется через единицу силы тока 1 ампер (А), которая входит в число основных единиц СИ.
За единицу электрического заряда принимают заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 700$А за 700$с.
Коэффициент $k$ в законе Кулона при его записи в СИ выражается в $Н · м^2$ / $Кл^2$. Его численное значение, определенное экспериментально по силе взаимодействия двух известных зарядов, находящихся на заданном расстоянии, составляет:
Часто его записывают в виде $k=/$, где $ε_0=8.85×10^Кл^2$/$H·м^2$ — электрическая постоянная.
Закон Кулона, конденсатор, сила тока, закон Ома, закон Джоуля – Ленца | ЕГЭ по физике | Теория к заданию 14
- сила тока на участке цепи с постоянным сопротивлением пропорциональна напряжению на концах участка;
- сила тока на участке цепи с неизменным напряжением обратно пропорциональна сопротивлению.
Электрическая емкость конденсатора
Электроемкость
Электроемкостью проводника $С$ называют численную величину заряда, которую нужно сообщить проводнику, чтобы изменить его потенциал на единицу:
Емкость характеризует способность проводника накапливать заряд. Она зависит от формы проводника, его линейных размеров и свойств среды, окружающей проводник.
Единицей емкости в СИ является фарада ($Ф$) — емкость проводника, в котором изменение заряда на 700$ кулон меняет его потенциал на 700$ вольт.
Электрический конденсатор
Электрический конденсатор (от лат. condensare, буквально сгущать, уплотнять) — устройство, предназначенное для получения электрической емкости заданной величины, способное накапливать и отдавать (перераспределять) электрические заряды.
где $q$ — заряд конденсатора, $U$ — напряжение между его обкладками, $S$ — площадь пластины, $d$ — расстояние между пластинами, $ε_$ — электрическая постоянная, $ε$ — диэлектрическая проницаемость среды.
Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из пластин.
Текст научной работы на тему «Расчет емкости конденсатора в цепи постоянного тока активного фильтра гармоник»
Расчет емкости конденсатора в цепи постоянного тока активного фильтра гармоник
Структурная схема активного фильтра гармоник (АФГ) показана на рис. 1. АФГ предназначен для компенсации высших гармонических
составляющих и интергармоник тока и напряжения в эквивалентных элементах нагрузки 2эаЪ, 2эЪс, 2эса основных электроприемников,
требующих синусоидального напряжения питания, а также в элементах 2ла, 2лЪ, 2лс отображающих параметры источников энергии и линии связи системы электроснабжения. Как показано в [1, 2, 3, 4, 5, 6] работа АФГ позволяет избежать потерь и перенапряжений в указанных элементах.
Рис. 1. — Структурная схема активного фильтра гармоник Параллельный АФГ содержит силовую подсистему (СП) и подсистему управления (ПУ). ПУ рассчитывает необходимый ток компенсации и формирует сигналы управления ключами СП. Компенсационный ток зависит от состояний каждого из силовых ключей, которые приведены в табл. 1. Для
повышения напряжения на конденсаторе используется повышающий выпрямительный преобразователь — ПВП.
№ состояния к Силовые ключи Коэффициенты переключения
Энергообменный конденсатор С предназначен для обеспечения компенсационного тока в непосредственной близости от нелинейной нагрузки, благодаря чему ток, обусловленный высшими гармониками и интергармониками, не будет потребляться от источника еа, вь , ес.
В симметричной системе электроснабжения действуют напряжения, для которых справедливо:
Поэтому описать работу дифференциальными уравнениями:
где иа, иь, ис — выходные напряжения АФГ и вычисляются как иа = каис, иь = кьис, ис = ксПс, где ка, кь, кс — коэффициенты переключения.
Как видно из таблицы 1, при любом состоянии к сумма ка + кь+кс =0. Таким образом, выходные напряжения АФГ соответствуют требованиям к симметричной системе трехфазных напряжений.
Включение-выключение коммутационного прибора в АФГ определяется знаком А/а в текущий момент. Например, для фазы А, ка 0; наоборот, ка > 0, когда А1аа < 0. Таким образом, ошибка между рассчитанным током и фактическим током может быть снижена, и компенсационный ток будет приближен к рассчитанному току.
Рассмотрим случай, когда номер состояния силовой подсистемы к = 5, тогда ток фазы А и фазы С должен уменьшаться, а в фазе В увеличиваться. Ключ V фазы А, ключ У5 фазы С и ключ ¥6 фазы В — замкнуты. Коэффициент
переключения каждого плеча моста может быть учтен из таблицы 1: ка = 3,
Управляемые токи 1а, 1с должны уменьшаться и 1Ь увеличиваться.
Дифференциальные токи АФГ должны удовлетворять следующим
Мощность искажения Ти, которая вызывает изменение напряжения на
конденсаторе на стороне постоянного тока, может быть рассчитана следующим выражением [3, 7]:
где и — действующее значение напряжения 1-ой гармоники источника. Номера гармоник п прямой последовательности вычисляются согласно выражению:
Расчет емкости конденсатора в цепи постоянного тока активного фильтра гармоник – тема научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ:
Определение ёмкости конденсатора методом разрядки
2. Щёлкните мышью на кнопке «Старт». Должна засветиться лампа Л7, а надпись на кнопке измениться на «Стоп». Курсором мыши замкните ключ К.
3. После установления в цепи стационарного тока ( должны погаснуть лампы Л5 и Л6 и светиться лампы Л1-Л4) запишите показания электроизмерительных приборов в таблицу 2.
4. Нажмите на кнопку «Стоп» и курсором мыши разомкните ключ К.
5. Двумя короткими щелчками мыши на кнопке «Старт» запустите и остановите процесс разрядки конденсатора. Показания амперметра будут соответствовать начальному току разрядки конденсатора I0. Запишите это значение в таблицу 3.
6. Вновь замкните ключ, зарядите конденсатор и повторите п.п. 5, 6 ещё 4 раза.
7. Для каждого опыта рассчитайте It= I0/2,7- силу тока, которая должна быть в цепи разрядки конденсатора через время релаксации t и запишите эти значения в таблицу 3.
8. При разомкнутом ключе нажатием кнопки «Старт» запустите процесс разрядки конденсатора и одновременно включите секундомер.
9. Внимательно наблюдайте за изменением показаний амперметра в процессе разрядки конденсатора. Остановите секундомер и синхронно нажмите кнопку «Стоп» при показании амперметра, равном или близким к It. Запишите это значение времени t1 в таблицу 3.
