"Электротехнические средства инженерного вооружения (с основными сведениями по электротехнике). Пособие для военно-инженерных училищ Красной Армии. Второе, исправленное и дополненное издание" - читать интересную книгу автора (Балуев В.)

/-Ui *•
где /?} - сопротивление данного участка электрической цепи. Отсюда ?/]_ = /-/?1. Это напряжение расходуется на передвижение элек-
Рис. 48. Падение напряжения:
1 - генератор; 2 - предохранитель; 3 - рубильник; 4 - лампы; 5 - вольтметр
тронов по этому участку цепи, т. е. на преодоление его сопротивления. Если взять электрическую цепь согласно рис. 48 и измерить вольтметром напряжение по мере удаления от электрического генератора, то можно заметить, что величина напряжения уменьшается. Это и называется падением напряжения в цепи. Величина падения напряжения на данном участке численно равна произведению из величин сопротивления участка на величину силы тока, протекающего по нему (формула 10). Опыт, проделанный в соответствии с рис. 48, показывает, что напряжение на зажимах генератора,
получающееся под действием его электродвижущей силы, распределяется по всей цепи и что на преодоление сопротивления проводников затрачивается часть напряжения.
Для наилучшего понимания физического смысла падения напряжения можно привести аналогию из гидравлики (рис. 49).
Если из бака (/) спускать воду по трубе (2), открыв кран (3), то, проделав небольшие отверстия в трубе, можно заметить по высоте фонтанчика, что напор воды уменьшается по мере удаления от бака. Высота фонтанчиков расположится по прямой аб. Следовательно, давление воды изменяется от давления, измеряемого разно-
Рис. 49. Явление падения напряжения в гидравлике:
1 - бак; 2 - труоа; 3 - i;pati
стью уровней ае в начале трубы, до нуля в конце ее. Таким образом, давление воды вдоль трубы и дает аналогию с падением напряжения вдоль цепи электрического тока.
15. Зависимость между электродвижущей силой источника энергии и напряжением на его зажимах
Изучая сопротивление проводников, мы уже установили, что полное сопротивление R замкнутой электрической цепи (формула 3) слагается из двух величин-внешнего и внутреннего сопротивления. Подставив в основной формуле закона Ома значение R, получим:
/:
ИЛИ
Яо + Я1 Е = /Д-+/Д0.
(12)
Произведение /Д0 называется падением напряжения внутри источника энергии, a IR1- падением напряжения во внешней цепи. Легко видеть, что падение напряжения во внешней цепи численно равно значению напряжения на зажимах источника энергии. Следовательно, э. д. с. источника энергии тратится на преодоление внутреннего и внешнего сопротивления цепи. Заменяя в формуле 12 обозначение падения напряжения во внешней цепи /Дг обозначением напряжения на зажимах U, получим:
E=U + IR0, 43
(13)
т. е. в замкнутой цепи электродвижущая сила Е больше напряжения на зажимах источника тока на величину падения напряжения внутри источника энергии /_R0.
Пример 4. Внутреннее сопротивление электрического генератора RQ =• = 0,15 ом; сила тока, протекающего внутри генератора, - 20 а; напряжение на его зажимах-110 в. Определить развиваемую генератором э. д. с.
Решение. Применяя формулу 13, находим:
? = //?0-{-U = 20-0,15 +110 = 3+110 = 113 в.
При холостом ходе генератора, когда электрическая цепь разомкнута, сила тока равна нулю, и, следовательно, падение напряжения внутри источника тоже равно нулю. Значит, формула 13 примет вид:
E=U, (14}
т. е. при разомкнутой внешней цепи напряжение на зажимах численно равно э. д. с. источника энергии.
Уменьшая сопротивление внешней цепи, мы в соответствии с законом Ома будем иметь увеличение силы тока. При увеличении силы тока будет увеличиваться падение напряжения внутри источника тока IR0, и, следовательно, при неизменном значении э. д. с. в соответствии с формулой 13 напряжение на зажимах меняется в зависимости от силы тока, или, как говорят, от нагрузки источника энергии.
Если сопротивление внешней цепи очень мало и практически равно почти нулю, то при включении на такую нагрузку сила тока генератора будет очень велика и может испортить источник энергии. Это явление носит название короткого замыкания. В этом случае падение напряжения во внешней цепи или напряжение на зажимах практически получится равным нулю и вся э. д. с. затрачивается на преодоление внутреннего сопротивления, которое обычно бывает незначительно, т. е. на падение напряжения внутри источника энергии:
E = IR0. Отсюда
/=?-.
к"
В электротехнических установках явление короткого замыкания встречается, к сожалению, еще довольно часто и ведет к разного рода несчастным случаям: пожары зданий, порча электрических генераторов и т. д. Например, на рис. 50, а изображена замкнутая электрическая цепь для питания низковольтных ламп от аккумуляторной батареи. В нормальных условиях путь тока указан стрелками (+ батареи, провод, лампы, провод, - батареи). В случае короткого замыкания между проводами в точках 1 и 2 электрический ток получил более короткий путь, минуя длинный путь по проводам через лампы. Если сопротивление в месте короткого замыкания ничтожно мало, то электрический ток через лампы не пойдет, так как они оказались как бы приключенными к одному полюсу сети
, 44 •
^рис. 50, б). При возникновении короткого замыкания в данном случае сила тока в цепи, по закону Ома, увеличится во много раз, так как сопротивление цепи уменьшилось и определяется лишь незначительным внутренним
сопротивлением аккумулятор- _____1Н / I"
ной батареи и таким же не- ГГ ^~T
большим сопротивлением •н ---'-2-
проводов.
Такая большая сила тока а может испортить аккумуляторную батарею. Еще более опасный случай изображен на рис. 51, когда, как говорят, закорочены зажимы аккумуляторной батареи и когда б сила тока будет определяться, по закону Ома, величиной э. д. с. и ничтожным внутренним сопротивлением батареи.
Случаи короткого замыкания могут быть и в практике эксплоатации подвижных электрических станций, когда, например, соединяются голые провода шестовой линии (рис. 52) вследствие провисания или наброски металлической проволоки. Такие случаи короткого замыкания выводят из строя подвижную электрическую станцию; время исправления последствий короткого замыкания зависит от серьезности аварии. Короткое замыкаыуе в сети может произойти и тогда, когда по незнанию тем или иным способом соединяют между собой два провода, идущих к любому приемнику, например лампе. Это соединение может произойти, если стукнуть по проводу, подходящему к лампе, молотком, перерезать его ножницами или ножом и т. д. В этом случае изоляция проводников может гореть, что может вызвать пожар в зданиях.
Место замыкания проводов
г НС. Ои. а - электрнческая'цепь для питания низковольтных памп от аккумуляторной батареи; б - короткое замыкание в линии, питаемой от аккумуляторной батареи
Рис. 61. Короткое замыкание на зажимах батареи
C^^n?^%J2
Постоянная линия ~г" ^ Шестовая яиния
Рис. 52. Короткое замыкание в шестовой линии
45
Пример 5. Электрический генератор развивает э. д. с., равную 115 в; внутреннее сопротивление генератора равно 0,5 ом. Определить силу тока в цепи, напряжение на зажимах и падение напряжения внутри генератора при включении его на нагрузку 10 и 100 ом.
Дано: Е = 115 в; RD - 0,5 ом.