Настя сидит на расстоянии 2,8 метров от точки опоры качелей A, а Петя — на расстоянии 1,2 м. Сколько весит Петя, если Настя весит 192 Н, а качели находятся в равновесии?
выделение тепла при прохождении электрического тока. припрохождении электрического тока по проводнику в результате столкновений свободных электронов с его атомами и ионами проводник нагревается.количество тепла, выделяемого в проводнике при прохождении электрического тока, определяется законом ленца — джоуля. его формулируют следующим образом. количество выделенного тепла q равно произведению квадрата силы тока i2, сопротивления проводника r и времени t прохождения тока через проводник:
q = i2rt (34)
если в этой формуле силу тока брать в амперах, сопротивление в омах, а время в секундах, то получим количество выделенного тепла в джоулях. из сравнения формул (29) и (34) следует, что количество выделенного тепла равно количеству электрической энергии, полученной данным проводником при прохождении по нему тока.
допустимая сила и плотность тока. превращение электрической энергии в тепловую нашло широкое применение в технике. оно происходит, например, в различных производственных и бытовых электронагревательных приборах (электрических печах, электроплитах, электрических паяльниках и в электрических лампах накаливания, аппаратах для электрической сварки и пр. однако во многих электрических устройствах, например в электрических машинах и аппаратах, электрических проводах и т. д., превращение электрической энергии в тепло вредно, так как это тепло не только не используется, а наоборот, ухудшает работу этих машин и аппаратов, а в некоторых случаях может вызвать повреждения и аварии.каждый проводник в зависимости от условий, в которых он находится, может пропускать, не перегреваясь, ток силой, не превышающей некоторое допустимое значение. для определения токовой нагрузки проводов часто пользуются понятием допустимой плотности тока j (сила тока i, приходящаяся на 1 мм2 площади s поперечного сечения проводника):
j = i/s (35)
допустимая плотность тока зависит от материала провода (медьили алюминий), вида применяемой изоляции, условий охлаждения, площади поперечного сечения и пр. например, допустимая плотность тока в проводах обмоток электрических машин не должна превышать 3—6 а/мм2, в нити осветительной электрической лампы — 15 а/мм2. в проводах силовых и осветительных сетей плотность тока может быть различной в зависимости от площади поперечного сечения провода и его изоляции. например, для медных проводов с резиновой изоляцией и площадью поперечного сечения 4 мм2 допускается плотность тока 10,2 а/мм2, а 50 мм2 — только 4,3 а/мм2; для неизолированных проводов тех же площадей сечения — 12,5 и 5,6 а/мм2. уменьшение допустимой плотности тока при увеличении площади поперечного сечения провода объясняется тем, что в проводах с большей площадью сечения отвод тепла от внутренних слоев затруднен, так как сами они окружены нагретыми слоями. для неизолированных проводов допускается большая температура нагрева, чем для изолированных.превышение допустимого значения силы тока в проводнике может вызвать чрезмерное повышение температуры, в результате этого изоляция проводов электродвигателей, генераторов и электрических сетей обугливается и даже горит, что может к короткому замыканию и . неизолированные же провода могут при высокой температуре расплавиться и оборваться.для того чтобы предотвратить недопустимое увеличение силы тока, во всех электрических установках должны приниматься меры для автоматического отключения от источников электрической энергии тех приемников или участков цепи, в которых имеет место перегрузка или короткое замыкание. для этой цели в технике широко используют плавкие предохранители, автоматические выключатели и другие устройства.
нагрев в переходном сопротивлении. повышенный нагрев проводника, как следует из закона ленца — джоуля, может происходить г не только вследствие прохождения по нему тока большой силы, но и вследствие повышения сопротивления проводника. поэтому для надежной работы электрических установок большое значение имеет значение сопротивления в месте соединения отдельных проводников. при неплотном электрическом контакте и плохом соединении проводников (рис. 32) электрическое сопротивление в этих местах (так называемое переходное сопротивление электрического контакта) сильно возрастает, и здесь происходит усиленное выделение тепла. в результате место неплотного соединения проводников будет представлять собой опасность в отношении, а значительный нагрев может к полному выгоранию плохо соединенных проводников. во избежание этого при соединении проводов на э. п. с. и тепловозах концы их тщательно зачищают, облуживают и впаивают в кабельные наконечники, ко-
рис. 32. схемы выделения тепла и возникновения искрения при неплотном электрическом контакте
торые надежно прикрепляют болтами к зажимам электрических машин и аппаратов. специальные меры принимают и для уменьшения переходного сопротивления между контактами электрических аппаратов, осуществляющих включение и выключение тока.
Электризация проводников и диэлектриков Известно, что в металлах всегда имеются свободные электроны. Положительные ионы металлов, расположенные в углах кристалической решетки, перемещаться с места на место не могут. Следовательно, в металлах заряды переносятся исключительно электронами и процесс электризации металлов заключается в приобретении или потере ими электронов. Для примера можно рассмотреть электризацию металла в результате соприкосновения его с заряженным телом. Если кусок металла соприкасается с положительно заряженным телом, то его тело притягивает к себе свободные электроны, которые переходят от металла к телу. В результате в куске металла окажется недостаток электронов и он зарядится положительно. Если же кусок металла соприкасается с отрицательно заряженным телом, то свободные электроны тела, отталкиваясь друг от друга, переходят на металл и заряжают его отрицательно. Проводимость металлического проводника поэтому называют электронной. Однако проводимость может быть не только электронной. В водных растворах солей, кислот и оснований образуются положительные и отрицательные ионы, которые могут перемещаться между молекулами растворов и делают их хорошими проводниками. Такая проводимость называется ионной. Однако и в этом случае электризация таких проводников, как и металлов, заключается в приобретении или потере ими электронов и ионов. В диэлектриках свободные заряды отсутствуют. Когда на диэлектрик переходит свободный электрон, то он тут же присоединяется к какому - либо атому или молекуле. Если диэлектрик заряжен, то все заряды на нем связаны
выделение тепла при прохождении электрического тока. припрохождении электрического тока по проводнику в результате столкновений свободных электронов с его атомами и ионами проводник нагревается.количество тепла, выделяемого в проводнике при прохождении электрического тока, определяется законом ленца — джоуля. его формулируют следующим образом. количество выделенного тепла q равно произведению квадрата силы тока i2, сопротивления проводника r и времени t прохождения тока через проводник:
q = i2rt (34)
если в этой формуле силу тока брать в амперах, сопротивление в омах, а время в секундах, то получим количество выделенного тепла в джоулях. из сравнения формул (29) и (34) следует, что количество выделенного тепла равно количеству электрической энергии, полученной данным проводником при прохождении по нему тока.
допустимая сила и плотность тока. превращение электрической энергии в тепловую нашло широкое применение в технике. оно происходит, например, в различных производственных и бытовых электронагревательных приборах (электрических печах, электроплитах, электрических паяльниках и в электрических лампах накаливания, аппаратах для электрической сварки и пр. однако во многих электрических устройствах, например в электрических машинах и аппаратах, электрических проводах и т. д., превращение электрической энергии в тепло вредно, так как это тепло не только не используется, а наоборот, ухудшает работу этих машин и аппаратов, а в некоторых случаях может вызвать повреждения и аварии.каждый проводник в зависимости от условий, в которых он находится, может пропускать, не перегреваясь, ток силой, не превышающей некоторое допустимое значение. для определения токовой нагрузки проводов часто пользуются понятием допустимой плотности тока j (сила тока i, приходящаяся на 1 мм2 площади s поперечного сечения проводника):
j = i/s (35)
допустимая плотность тока зависит от материала провода (медьили алюминий), вида применяемой изоляции, условий охлаждения, площади поперечного сечения и пр. например, допустимая плотность тока в проводах обмоток электрических машин не должна превышать 3—6 а/мм2, в нити осветительной электрической лампы — 15 а/мм2. в проводах силовых и осветительных сетей плотность тока может быть различной в зависимости от площади поперечного сечения провода и его изоляции. например, для медных проводов с резиновой изоляцией и площадью поперечного сечения 4 мм2 допускается плотность тока 10,2 а/мм2, а 50 мм2 — только 4,3 а/мм2; для неизолированных проводов тех же площадей сечения — 12,5 и 5,6 а/мм2. уменьшение допустимой плотности тока при увеличении площади поперечного сечения провода объясняется тем, что в проводах с большей площадью сечения отвод тепла от внутренних слоев затруднен, так как сами они окружены нагретыми слоями. для неизолированных проводов допускается большая температура нагрева, чем для изолированных.превышение допустимого значения силы тока в проводнике может вызвать чрезмерное повышение температуры, в результате этого изоляция проводов электродвигателей, генераторов и электрических сетей обугливается и даже горит, что может к короткому замыканию и . неизолированные же провода могут при высокой температуре расплавиться и оборваться.для того чтобы предотвратить недопустимое увеличение силы тока, во всех электрических установках должны приниматься меры для автоматического отключения от источников электрической энергии тех приемников или участков цепи, в которых имеет место перегрузка или короткое замыкание. для этой цели в технике широко используют плавкие предохранители, автоматические выключатели и другие устройства.
нагрев в переходном сопротивлении. повышенный нагрев проводника, как следует из закона ленца — джоуля, может происходить г не только вследствие прохождения по нему тока большой силы, но и вследствие повышения сопротивления проводника. поэтому для надежной работы электрических установок большое значение имеет значение сопротивления в месте соединения отдельных проводников. при неплотном электрическом контакте и плохом соединении проводников (рис. 32) электрическое сопротивление в этих местах (так называемое переходное сопротивление электрического контакта) сильно возрастает, и здесь происходит усиленное выделение тепла. в результате место неплотного соединения проводников будет представлять собой опасность в отношении, а значительный нагрев может к полному выгоранию плохо соединенных проводников. во избежание этого при соединении проводов на э. п. с. и тепловозах концы их тщательно зачищают, облуживают и впаивают в кабельные наконечники, ко-
рис. 32. схемы выделения тепла и возникновения искрения при неплотном электрическом контакте
торые надежно прикрепляют болтами к зажимам электрических машин и аппаратов. специальные меры принимают и для уменьшения переходного сопротивления между контактами электрических аппаратов, осуществляющих включение и выключение тока.