Закон Ома. 
Соединение проводников между собой. 
Работа и мощность электрического тока, короткое замыкание

Закон Ома — сила тока прямо пропорциональная напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Отдельные проводники электрической цепи могу быть соединены между собой последовательно, параллельно и смешанно.

Есть два основных способа соединения проводников друг с другом — это последовательное и параллельное соединения. Различные комбинации последовательного и параллельного соединений называю смешанным соединением проводников.

Проводник, обладающий сопротивлением R, называется резистором, графически изображается следующим образом (рис. 1):

Напряжение на резисторе — это разность потенциалов стационарного электрического поля между концами резистора. Разность потенциалов согласовывается с направлением тока.

Ток в цепи течёт от + > — от «плюса» источника к «минусу». В этом направлении потенциал стационарного поля убывает. Пусть положительный заряд q перемещается по цепи из точки, а в точку b, проходя через резистор R (рис. 2):

Стационарное поле совершает при этом положительную работу.

A = q (цa —цb).

Так как q > 0 и A > 0, то и цa — цb > 0, т. е. цa > цb.

Поэтому напряжение на резисторе мы вычисляем как разность потенциалов в направлении тока:

U = цa — цb.

Сопротивление подводящих проводов обычно пренебрежимо мало; на электрических схемах оно считается равным нулю. Из закона Ома следует тогда, что потенциал не меняется вдоль провода: ведь если.

цa — цb= IR и R = 0, то цa = цb (рис. 3):

Таким образом, при рассмотрении электрических цепей мы пользуемся идеализацией, которая сильно упрощает их изучение. А именно, мы считаем, что потенциал стационарного поля изменяется лишь при переходе через отдельные элементы цепи, а вдоль каждого соединительного провода остаётся неизменным. В реальных цепях потенциал монотонно убывает при движении от положительной клеммы источника к отрицательной.

Последовательное соединение проводников.

При последовательном соединении сопротивления включаются одно за другим.

Рассмотрим два резистора R1 и R2, соединённых последовательно и подключённых к источнику постоянного напряжения U (рис. 4).

Основные свойства последовательного соединения :

• 1. При последовательном соединении проводников сила тока в них одинакова.
• 2. Напряжение на участке, состоящем из последовательно соединённых проводников, равно сумме напряжений на каждом проводнике:

U = Uab + Ubc.

индуктивность ом проводник ток.

3. Сопротивление участка, состоящего из последовательно соединённых проводников, равно сумме сопротивлений каждого проводника. Пусть R — сопротивление участка ac. По закону Ома имеем:

что и требовалось доказать.

Параллельное соединение.

При параллельном соединении к сопротивлениям прикладывается одно и тоже напряжение.

Рассматрим два резистора, (рис. 5).

Параллельное соединение Резисторы подсоединены к двум точкам: а и b. Эти точки называются узлами. Узел-точка в которой соединено более трёх элементов цепи. Параллельные участки называются ветвями. Ветвь-участок цепи между двумя узлами.

Основные свойства параллельного соединения:

1. Напряжение на каждой ветви одинаково и равно напряжению на неразветвлённой части цепи.

Неразветвленная электрическая цепь — это участок электрической цепи (ветвь), в котором ток имеет одинаковое значение по всей длине.

U1= U2=цa — цb=U.

2. Сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме сил токов в каждой ветви.

I=I1+I2.

3. Величина, обратная сопротивлению участка параллельного соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям ветвей.

В случае n параллельно соединённых проводников формула примет вид:

Смешанное соединение Смешанное сединение проводников это комбинации последовательного и параллельного соединений.

Расчёт смешанного соединения производится на основании известных свойств последовательного и параллельного соединений.

Пример смешанного соединения проводников:

Смешанное соединение Короткое замыкание.

Короткое замыкание (КЗ) — электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов. Также коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.

В трёхфазных электрических сетях различают следующие виды коротких замыканий:

• · однофазное (замыкание фазы на землю или нейтральный провод);
• · двухфазное (замыкание двух фаз между собой);
• · двухфазное на землю (две фазы между собой и одновременно на землю);
• · трёхфазное (три фазы между собой)

В электрических машинах возможны короткие замыкания:

• 1. Межвитковые — замыкания между собой витков обмоток ротора или статора, либо витков обмоток трансформаторов;
• 2. Замыкание обмотки на металлический корпус.

При коротком замыкании резко и многократно возрастает сила тока, протекающего в цепи, что, согласно закону Джоуля Ленца приводит к значительному тепловыделению, и как следствие, возможно расплавление электрических проводов, с последующим возникновением возгорания и распространением пожара.

Короткое замыкание в одном из элементов энергетической системы способно нарушить её функционирование в целом — у других потребителей может снизиться питающее напряжение, что может привести к повреждению устройства; в трёхфазных сетях при коротких замыканиях возникает асимметрия напряжений, нарушающая нормальное электроснабжение. В больших энергосетях короткое замыкание может вызывать тяжёлые системные аварии.

Для защиты от короткого замыкания принимают специальные меры:

• 1. Ограничивающие ток от короткого замыкания:
  • -устанавливают токоограничивающие электрические реакторы;
  • -применяют распараллеливание электрических цепей, то есть отключение секционных и шиносоединительных выключателей;
  • -используют понижающие трансформаторы с расщеплённой обмоткой низкого напряжения;
  • -используют отключающее оборудование — быстродействующие коммутационные аппараты с функцией ограничения тока короткого замыкания — плавкие предохранители и автоматические выключатели;
• 2. Применяют устройства релейной защиты для отключения поврежденных участков цепи.