Преподаватель: Кузьменко Т.И.
Задание: Письменные ответы на контрольные вопросы лекции прислать по адресу: kitdistergo@meil.ua (Дисциплина, Тема лекции группа, фамилия, имя студента. Например: ОП.02 Электротехника и электроника. Тепловое действие электрического тока. ТЭЭО-19, Апенин А).
Сроки выполнения: до 07.10.2020г
Задания для дистанционного обучения будут выдаваться в день проведения занятия, согласно расписания и подмен по адресу:https://3320.nubex.ru/
Тема: Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Короткое замыкание.
Цель: Углубить и закрепить знания, полученные на уроках физики по тепловому действию электрического тока.
План
1.Закон Джоуля -Ленца.
2.Практическое применение закона Джоуля – Ленца.
3.Короткое замыкание.
Мотивация: Преобразование электрической энергиив тепловую используется в электрических печах и различных электронагревательных приборах. В электрических линиях электропередачи, электрических машинах и аппаратах преобразование электрической энергии в тепловую является непродуктивной, т.е происходит потеря энергии. Снижается КПД. При перегрузке повышается температура, может возникнуть повреждение изоляции, что приводит к короткому замыканию. Знание теплового действия электрического тока необходимы вам для успешного освоения специальности.
Закон Джоуля -Ленца
Закон Джоуля — Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Открыт в 1840 году независимо Джеймсом Джоулем и Эмилием Ленцом.
В словесной формулировке звучит следующим образом:
Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка. В математической форме этот закон имеет вид
где dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt, I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t1 до t2. В случае постоянных силы тока и сопротивления.
Практическое применение закона Джоуля –Ленца.
Снижение потерь энергии
При передаче электроэнергии тепловое действие тока является нежелательным, поскольку ведёт к потерям энергии. Поскольку передаваемая мощность линейно зависит как от напряжения, так и от силы тока, а мощность нагрева зависит от силы тока квадратично, то выгодно повышать напряжение перед передачей электроэнергии, понижая в результате силу тока. Однако, повышение напряжения снижает электробезопасность линий электропередачи.
Для применения высокого напряжения в цепи для сохранения прежней мощности на полезной нагрузке приходится увеличивать сопротивление нагрузки. Подводящие провода и нагрузка соединены последовательно. Сопротивление проводов (
) можно считать постоянным. А вот сопротивление нагрузки (
) растёт при выборе более высокого напряжения в сети. Также растёт соотношение сопротивления нагрузки и сопротивления проводов. При последовательном включении сопротивлений (провод — нагрузка — провод) распределение выделяемой мощности (
) пропорционально сопротивлению подключённых сопротивлений.
Ток в сети для всех сопротивлений постоянен. Следовательно,
выполняются соотношение
и для в каждом конкретном случае являются константами.
Следовательно, мощность, выделяемая на проводах, обратно пропорциональна сопротивлению нагрузки, то есть уменьшается с ростом напряжения, так как 
. Откуда следует, что 
. В каждом конкретном случае величина 
является константой, следовательно, тепло выделяемое на проводе обратно пропорционально квадрату напряжения на потребителе.
Выбор проводов для цепей
Тепло, выделяемое проводником с током, в той или иной степени выделяется в окружающую среду. В случае, если сила тока в выбранном проводнике превысит некоторое предельно допустимое значение, возможен столь сильный нагрев, что проводник может спровоцировать возгорание находящихся рядом с ним объектов или расплавиться сам. Как правило, при сборке электрических цепей достаточно следовать принятым нормативным документам, которые регламентируют, в частности, выбор сечения проводников.
3. Коро́ткое замыка́ние (КЗ)
Это — электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу.
Короткое замыкание может возникать при нарушении изоляции токоведущих элементов или вследствие механического соприкосновения элементов, работающих без изоляции. Также коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.
Сопровождается большими токами и, следовательно, выделением большого количества тепла.