W trzecim tomie prezentowane są zagadnienia teoretyczne pole elektromagnetyczne(rozdziały 23-30). W rozdziale 23 przedstawiono równania i warunki pola elektromagnetycznego na granicy ośrodków o różnych właściwościach elektromagnetycznych. Następnie kolejno rozważane są metody analizy pole elektrostatyczne, obliczanie pojemności elektrycznej i pole elektryczne prąd stały (rozdziały 24-26), obliczenia pola magnetycznego i indukcyjności prądu stałego (rozdziały 27-28) oraz zmienne pole elektromagnetyczne w dielektryku i ośrodku przewodzącym (rozdziały 29-30).
Pole elektromagnetyczne i jego równania w postaci całkowej.
w rozdz. 1, tom I, rozważono podstawowe właściwości pola elektromagnetycznego oraz podano podstawowe pojęcia i prawa charakteryzujące pole elektromagnetyczne. Pole elektromagnetyczne jest szczególnym rodzajem materii. Każda cząstka naładowana elektrycznie otoczona jest polem elektromagnetycznym, które tworzy z nią jedną całość. Ale pole elektromagnetyczne może występować także w stanie swobodnym, oddzielonym od cząstek naładowanych, w postaci fotonów poruszających się z prędkością bliską 3*10 8 m/s, lub nawet w postaci wyemitowanego pola elektromagnetycznego poruszającego się z tą prędkością ( fale elektromagnetyczne). Pole elektromagnetyczne charakteryzuje się ciągłym rozkładem w przestrzeni, a jednocześnie ujawnia dyskretną strukturę w postaci kwantów emitowanego pola elektromagnetycznego, na przykład fotonów.
Pole elektromagnetyczne jest nośnikiem pewnej ilości energii, którą można przekształcić w inny rodzaj energii - chemiczną, cieplną, energetyczną ruch mechaniczny itd. Pole elektromagnetyczne, będąc nośnikiem pewnej ilości energii, również posiada pewną masę odpowiadającą tej energii, którą można wyznaczyć z ogólnego związku W = mc2 pomiędzy energią całkowitą a masą całkowitą m, a c wynosi prędkość światła w próżni.
Treść.
CZĘŚĆ IV. TEORIA POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO.
Rozdział 23. Równania pola elektromagnetycznego.
Rozdział 24. Pole elektrostatyczne.
Rozdział 25. Obliczanie pojemności elektrycznej.
Rozdział 26. Pole elektryczne prądów stałych.
Rozdział 27. Pole magnetyczne prądów stałych.
Rozdział 28. Obliczanie indukcyjności.
Rozdział 29. Zmienne pole elektromagnetyczne w dielektryku.
Rozdział 30. Zmienne pole elektromagnetyczne w ośrodku przewodzącym.
Darmowe pobieranie e-book w wygodnej formie, obejrzyj i przeczytaj:
Pobierz książkę Teoretyczne podstawy elektrotechniki, tom 3, Demirchyan K.S., Neiman L.R., Korovkin N.V., Chechurin V.L., 2004 - fileskachat.com, pobierz szybko i bezpłatnie.
Ściągnij PDF
Poniżej możesz kupić tę książkę w najlepszej cenie ze zniżką z dostawą na terenie całej Rosji.
Demirchyan K.S., Neiman L.R., Korovkin N.V., Chechurin V.L.
Teoretyczne podstawy elektrotechniki
Tom pierwszy podsumowuje podstawowe informacje o zjawiskach elektromagnetycznych oraz formułuje podstawowe pojęcia i prawa teorii obwodów elektrycznych i magnetycznych. Opisano właściwości liniowych obwodów elektrycznych; podano metody obliczania procesów ustalonych w obwodach elektrycznych; Rozważane są zjawiska rezonansowe w obwodach oraz zagadnienia analizy obwodów trójfazowych. W podręczniku znajdują się sekcje pomocne samokształcenie skomplikowany materiał teoretyczny. Do wszystkich sekcji dołączone są pytania, ćwiczenia i zadania. Większość z nich ma odpowiedzi i rozwiązania. Podręcznik przeznaczony jest dla studentów kierunków technicznych instytucje edukacyjne, przede wszystkim w elektrotechnice i energetyce.
Tom drugi przedstawia metody analizy procesy przejściowe w obwodach elektrycznych szczególną uwagę zwraca się na ich analizę numeryczną. Rozważane są metody syntezy i diagnostyki obwodów elektrycznych, analiza sieci czterozaciskowych oraz procesy stanu ustalonego i nieustalonego w obwodach elektrycznych o parametrach rozproszonych. Analizowane są elementy nieliniowych obwodów elektrycznych oraz podane są obliczenia nieliniowych obwodów elektrycznych i magnetycznych. Podano podstawy teorii oscylacji oraz metody obliczania procesów przejściowych w nieliniowych obwodach elektrycznych. Podręcznik zawiera rozdziały ułatwiające samodzielne studiowanie złożonego materiału teoretycznego. Do wszystkich sekcji dołączone są pytania, ćwiczenia i zadania. Większość z nich ma odpowiedzi i rozwiązania. Podręcznik przeznaczony jest dla studentów uczelni technicznych, przede wszystkim elektrotechniki i elektroenergetyki.
Tom trzeci zawiera równania pola elektromagnetycznego i warunków brzegowych na granicy ośrodków o różnych właściwościach, a także równania pola elektrostatycznego, pola elektrycznego i magnetycznego prądu stałego i przemiennego pola elektromagnetycznego. Przedstawiono metody obliczania pojemności i indukcyjności elektrycznej, nowoczesne metody analizy numerycznej pola elektromagnetycznego. Podręcznik zawiera rozdziały ułatwiające samodzielne studiowanie złożonego materiału teoretycznego. Do wszystkich sekcji dołączone są pytania, ćwiczenia i zadania. Większość z nich ma odpowiedzi i rozwiązania. Podręcznik przeznaczony jest dla studentów uczelni technicznych, przede wszystkim elektrotechniki i elektroenergetyki.
Przedmowa
Dobrze " Podstawy teoretyczne elektrotechnika” w naszym kraju stała się przez cały XX wiek. w warunkach intensywnego rozwoju przemysłu, a także wytwarzania, przetwarzania, przesyłu i poszerzania obszarów zastosowań energii pola elektromagnetycznego na dużą skalę. Powstał i rozwijał się w Leningradzie pełnoprawni członkowie Akademia Nauk ZSRR V.F. Mitkiewicz, L.R. Neumann i profesor P.L. Kalantarov. Po Wielkim Wojna Ojczyźniana stworzyli i w 1948 roku opublikowali unikalny podręcznik specjalnie do kursu TOE, który stał się wiodącym podręcznikiem w ZSRR. Podręcznik ten został przetłumaczony i opublikowany w wielu krajach i odegrał decydującą rolę w tworzeniu własne szkoły według TOE. W 1966 roku rozwój kursu TOE znalazł odzwierciedlenie w nowym podręczniku stworzonym przez L. R. Neimana i jego ucznia K. S. Demirchyana. Podręcznik do kursu TOE ukazuje się 20 lat po jego ostatnim, trzecim wydaniu.
Początkowy program prac nad przygotowaniem czwartej edycji musiał zostać zmieniony po wydarzeniach z 1991 roku i późniejszych zmianach jakościowych w ekonomicznych i organizacyjnych podstawach motywowania do szkolenia kadr naukowo-inżynierskich w Rosji. W ciągu ostatnich 20 lat znacząco zmieniły się także techniczne środki obliczeniowe i ich dostępność. Rola znacznie wzrosła Technologie informacyjne w procesie uczenia się i działalność zawodowa. Nowy podręcznik musiał także wprowadzić korekty związane ze skróceniem godzin zajęć przeznaczonych na bezpośrednią komunikację uczniów z nauczycielami oraz zwiększeniem odsetka zajęć realizowanych samodzielnie. W tym zakresie podręcznik uzupełniono rozdziałami zapewniającymi jego niezależny rozwój. N.V. Korovkin i V.L. Chechurin opracowali i umieścili w podręczniku nowe sekcje, pytania, instrukcje metodologiczne, książkę problemów i przykłady rozwiązywania najbardziej typowych problemów.
Stuletnie doświadczenie w prowadzeniu kursu TOE w ZSRR i Rosji pokazuje, że coraz większe znaczenie ma początkowe zorientowanie kursu na prymat rozumienia cech procesów elektromagnetycznych w danym urządzeniu nad formalnymi metodami obliczeniowymi. Rozwój możliwości komputerów i ich oprogramowania obecnie i w przyszłości jest taki, że badanie metod obliczeniowych w celu ich opanowania i rozwoju przestaje być priorytetem. Potrzeba zrozumienia istoty badanych zjawisk i podstawy metodologiczne standardowe narzędzia programowe do oceny wiarygodności uzyskanych danych numerycznych i graficznych oraz ich zgodności z rzeczywistymi cechami obliczanego urządzenia lub zjawiska. Jednym z najważniejszych zadań proponowanego podręcznika jest wytworzenie w czytelniku umiejętności i nawyku zagłębiania się w istotę zjawisk fizycznych zachodzących w badanym układzie lub urządzeniu.
Należy zwrócić uwagę na szczególną rolę jednego z autorów tego podręcznika, wybitnego inżyniera elektryka, akademika Akademii Nauk ZSRR L. R. Neimana, w rozwoju przedmiotu i kursu „Teoretyczne podstawy elektrotechniki” nie tylko w ZSRR, ale także w wielu krajach, gdzie ta tematyka pojawiła się dzięki jego pracom i podręcznikom. Moi studenci V.L. Chechurin i N.V. Korovkin i ja otrzymaliśmy zaszczytne i trudne zadanie bycia godnym kontynuowania tradycji ustanowionych na kursie TOE przez jego założycieli - kierowników wydziału TOE Instytutu Politechnicznego w Leningradzie, naukowców Akademii Nauk ZSRR Nauki Władimir Fiodorowicz Mitkiewicz, Leonid Robertowicz Neiman i profesor Paweł Łazarewicz Kalantarow.
Autorzy uważają za swój obowiązek przede wszystkim podziękować profesorowi I.F. Kuzniecowowi za jego wielką pracę przy redagowaniu tego podręcznika, kierownikowi wydziału TOE Politechniki Państwowej w Petersburgu, profesorowi V.N. Boroninowi - za zorganizowanie prac nad stworzeniem podręcznika, kierownik katedry TOE Instytutu Uniwersytetu Energetycznego w Moskwie, członek korespondent Rosyjskiej Akademii Nauk P. A. Butyrin i profesor V. G. Mironow, którzy pomagali w publikacji podręcznika.
Autorzy są wdzięczni profesorowi nadzwyczajnemu E. E. Selinie i starszemu nauczycielowi T. I. Korolevie za pomoc w opracowywaniu pytań, ćwiczeń i zadań. Bardzo przydatna okazała się pomoc doktorantów A. S. Adaleva, Yu. M. Balaguly, T. G. Minevicha, M. V. Eidemillera, którzy przygotowali rozwiązania zaproponowanych problemów, co pomogło im w ukończeniu rozpraw doktorskich. Autorzy dziękują kandydatowi nauki techniczne A. N. Modulinie i inżynierowi V. A. Kuzminie za nieocenioną pomoc w przygotowaniu manuskryptu do publikacji, a także profesorowi nadzwyczajnemu R. P. Kiyatkinowi i wszystkim pracownikom Katedry TOE Politechniki Państwowej w Petersburgu, którzy przedstawili przydatne uwagi przy omawianiu nowych rozdziałów podręczniku w oparciu o te użyte w tej publikacji rozwoju metodologicznego działy.
Ukończenie i zaprojektowanie publikacji tego podręcznika było znacznie ułatwione dzięki pomocy finansowej Rosyjskiej Fundacji Badań Podstawowych.
Wstęp
Teoretyczna elektrotechnika w Rosji i ZSRR rozwinęła się w oparciu o rozpoznanie materialności pola elektromagnetycznego i znaczenie zrozumienia schematu rozważanych procesów fizycznych dla ich praktyczne użycie oraz opisy w postaci modeli matematycznych. Rozwój tej szkoły w XX w. wyróżnia się rozwojem osiągnięć z zakresu głównie fizyki zjawisk elektromagnetycznych i matematyki stosowanej. Charakterystyczne dla tego okresu Rosyjscy naukowcy a ZSRR powinien rozważyć praktyczną niepodzielność badań zjawisk fizycznych, rozwój modeli tych zjawisk i rozwiązań stosowane problemy związane z obliczaniem badanych wielkości fizycznych.
Pierwsze prace w dziedzinie elektryczności w Rosji należały do genialnego rosyjskiego naukowca, akademika M.V. Łomonosowa. M. V. Łomonosow, który stworzył wiele wspaniałych dzieł z różnych dziedzin nauki, poświęcił się duża liczba zajmuje się badaniem elektryczności. W swoich studiach teoretycznych wysuwał propozycje znacznie wyprzedzające swoją epokę i stwarzające problemy o wyjątkowej głębi. I tak, za jego namową, w 1755 roku Akademia Nauk jako temat konkursu o nagrodę postawiła zadanie „znalezienia prawdziwej przyczyny działania siły elektrycznej i ustalenia jej dokładnej teorii”.
Współczesnym M.V. Łomonosowowi był rosyjski akademik F. Epinus. Ma pierwszeństwo w odkryciu zjawisk termoelektrycznych i zjawiska indukcji elektrostatycznej. Na szczególną uwagę zasługuje raport, który wygłosił w 1758 roku w Akademii Nauk na temat „Przemówienie na temat związku między siłą elektryczną a magnetyzmem”.
W dzisiejszych czasach doskonale zdajemy sobie sprawę, że pomiędzy elektrycznością a zjawiska magnetyczne istnieje nierozerwalny związek i to stanowisko leży u podstaw nowoczesne nauczanie o zjawiskach elektromagnetycznych. Jednak do takiego przekonania myśl naukowa powstało dopiero w wyniku długiego gromadzenia faktów eksperymentalnych i przez długi czas zjawiska elektryczne i magnetyczne uważano za niezależne, nie mające ze sobą związku. Pierwsza szczegółowa praca naukowa na temat zjawisk magnetycznych i elektrycznych, będąca własnością Gilberta, została opublikowana w 1600 roku. Gilbert w tej pracy doszedł jednak do błędnego wniosku, że zjawiska elektryczne i magnetyczne nie mają ze sobą związku.
Podobieństwo między mechanicznym oddziaływaniem ciał naładowanych elektrycznie a mechanicznym oddziaływaniem biegunów magnesów w naturalny sposób skłaniało do próby wyjaśnienia tych zjawisk w ten sam sposób. Powstał pomysł dodatnich i ujemnych mas magnetycznych rozmieszczonych na końcach magnesu i powodujących interakcję magnetyczną. Jednak takie założenie, jak już wiemy, nie daje odpowiedzi natura fizyczna zjawiska magnetyczne. Powstał historycznie przez analogię z ideą elektryczności dodatniej i ujemnej, odpowiadającej fizycznej istocie zjawisk elektrycznych. Według współczesnych koncepcji ładunek elektryczny dowolnego ciała tworzy zestaw ładunków w ciągłym ruchu dodatnio lub ujemnie naładowanych cząstek elementarnych - protonów, elektronów itp.
Zależności ilościowe charakteryzujące oddziaływania mechaniczne ciał naładowanych elektrycznie i oddziaływania mechaniczne mas magnetycznych biegunów magnesu zostały po raz pierwszy opublikowane w 1785 r. przez Coulomba. Ale Coulomb zwrócił już uwagę na znaczącą różnicę między masami magnetycznymi a ładunkami elektrycznymi.
Różnica wynika z następujących prostych eksperymentów. Z łatwością potrafimy oddzielić od siebie dodatnie i ujemne ładunki elektryczne, jednak nigdy nie udało nam się przeprowadzić w żadnych warunkach eksperymentu, w wyniku którego dodatnie i ujemne masy magnetyczne zostałyby od siebie oddzielone. W związku z tym Coulomb zasugerował, że poszczególne małe elementy objętości magnesu po namagnesowaniu zamieniają się w małe magnesy i tylko w obrębie takich elementów objętości dodatnie masy magnetyczne przesuwają się w jednym kierunku, a ujemne w przeciwnym.
Gdyby jednak dodatnia i ujemna masa magnetyczna istniała wewnątrz elementarnych magnesów niezależnie, wówczas można by jeszcze mieć nadzieję, że w jakimś eksperymencie, w którym zostanie przeprowadzony bezpośredni wpływ na te elementarne magnesy, oddzieli się masa ujemna od dodatniej, po prostu bowiem działając na cząsteczkę o całkowitym ładunku elektrycznym równym zero, udaje nam się rozbić ją na cząstki naładowane ujemnie i dodatnio – tzw. jony. Ale nawet w procesach elementarnych nigdy nie odkrywa się oddzielnie istniejących dodatnich i ujemnych mas magnetycznych.
Odkrycie faktycznej natury zjawisk magnetycznych datuje się na początek przedostatniego stulecia. Okres ten charakteryzuje się wieloma niezwykłymi odkryciami, które ustaliły najbliższy związek między zjawiskami elektrycznymi i zjawiskami magnetycznymi.
W 1820 roku Oersted przeprowadził eksperymenty, podczas których odkrył mechaniczne działanie prądu elektrycznego na igłę magnetyczną.
W 1820 roku Ampere wykazał, że elektromagnes z prądem jest podobny w swoim działaniu do magnesu i wyraził pogląd, że dla trwały magnes Faktyczną przyczyną występowania oddziaływań magnetycznych są także prądy elektryczne zamykające się wzdłuż pewnych elementarnych obwodów wewnątrz korpusu magnesu. Idee te znalazły konkretny wyraz we współczesnych koncepcjach, według których pole magnetyczne magnesu trwałego jest wywoływane przez elementarne prądy elektryczne występujące w substancji magnesu i równoważne momentom magnetycznym cząstek elementarnych tworzących tę substancję. W szczególności te prądy elementarne powstają w wyniku rotacji elektronów wokół ich osi, a także rotacji elektronów po orbitach w atomach.
Dochodzimy zatem do wniosku, że masy magnetyczne tak naprawdę nie istnieją.
We wszystkich wymienionych badaniach ustalono najważniejsze stanowisko, że ruchowi cząstek i ciał naładowanych elektrycznie towarzyszą zawsze zjawiska magnetyczne. To już pokazało, że zjawiska magnetyczne nie reprezentują, jak sądził Hilbert, czegoś niezależnego, w żaden sposób nie powiązanego ze zjawiskami elektrycznymi. W 1831 roku Faraday doniósł o odkryciu tego zjawiska Indukcja elektromagnetyczna. Odkrył występowanie prądu elektrycznego w obwodzie poruszającym się względem magnesu lub względem innego obwodu przewodzącego prąd. Tym samym wykazano, że zjawiska elektryczne mogą powstawać także w wyniku procesów związanych z polem zjawisk magnetycznych.
W 1833 roku rosyjski akademik E. H. Lenz po raz pierwszy sformułował niezwykle ważne stanowisko, w którym ustalono powszechność i odwracalność zjawisk odkrytych przez Oersteda i Faradaya. Przepis ten zawierał podstawę ważnej zasady odwracalności maszyn elektrycznych. E. H. Lenz ustalił regułę wyznaczania kierunku indukowanego prądu, wyrażającą podstawową zasadę elektrodynamiki - zasadę bezwładności elektromagnetycznej.
W związku z tymi wszystkimi odkryciami należy szczególnie zwrócić uwagę na podstawową ideę, którą niezmiennie kierował się Faradaya w swoich badaniach, a która została rozwinięta w pracach akademika W.F. Mitkiewicza – ideę fizycznej rzeczywistości zachodzącego procesu w przestrzeni pomiędzy ciałami naładowanymi elektrycznie oraz pomiędzy obwodami, w których płynie prąd elektryczny. Zgodnie z tymi ideami oddziaływanie naładowanych ciał, a także oddziaływanie obwodów z prądami, odbywa się poprzez otaczające je pole elektromagnetyczne, które jest szczególnym rodzajem materii.
Stworzenie teorii pola elektromagnetycznego jest zasługą Maxwella, który nakreślił ją w klasycznym dziele „Traktat o elektryczności i magnetyzmie” opublikowanym w 1873 roku. Traktat ten zawiera prezentację w formie matematycznej oraz dalsze pogłębienie i rozwinięcie podstawowej teorii Faradaya fizyczne idee.
Eksperymentalnego potwierdzenia i rozwinięcia teorii pola elektromagnetycznego Maxwella dokonał Hertz (1886–1889) w swoich niezwykłych eksperymentach nad wytwarzaniem i propagacją fal elektromagnetycznych, w pracach P. N. Lebiediewa (1895) na temat wytwarzania i propagacji fal elektromagnetycznych fale o bardzo krótkiej długości, w jego klasycznych eksperymentach (1900–1910), w których eksperymentalnie udowodniono ciśnienie światła, w wynalezieniu radia przez A. S. Popowa (1895) i wdrożeniu przez niego komunikacji radiowej, a także we wszystkich dalszy rozwój praktycznej i teoretycznej radiotechniki.
Wszystkie te odkrycia doprowadziły do uznania głębokiego związku pomiędzy zjawiskami elektrycznymi i magnetycznymi. W ogólnym zespole zagadnień teoretycznych związanych z dziedziną zjawisk elektromagnetycznych coraz częściej rozwijana jest teoria obwodów elektrycznych i magnetycznych. Teoria obwodów elektrycznych opiera się na prawach ustanowionych przez Ohma (1827), Joule'a (1841), Lenza (1842) i Kirchhoffa (1847). W dalszym rozwoju tej teorii ogromny wkład wniosło wielu naukowców krajowych i zagranicznych.
Obecnie, ze względu na ogromną złożoność systemów elektroenergetycznych, radiotechniki i elektrycznych urządzeń pomiarowych, automatycznych systemów monitorowania i sterowania, szybkich komputerów elektronicznych i technologii informatycznych, istnieje potrzeba stworzenia uogólnionych metod analizy, w których całe zespoły elementy obwodów elektrycznych będące ich częściami złożone systemy i wykonywanie określonych funkcji rozważa się przy użyciu ich uogólnionych parametrów. Takimi zespołami elementów obwodów są np. urządzenia wytwarzające, przesyłające lub przetwarzające energię elektromagnetyczną w systemach elektroenergetycznych, generatory, wzmacniacze i przetworniki sygnałów w przewodowych systemach łączności, transmisji radiowej i telewizyjnej, pomiary elektryczne oraz automatyka i kontrola i monitorowanie, zasilacze , jednostki, które wykonują operacje logiczne w komputerach elektronicznych, dyskretnych przetwornikach cyfrowych itp.
Do tych pojedynczych zespołów zaliczają się elementy obwodów liniowych, których parametry nie zależą od prądu, takie jak rezystory, cewki indukcyjne, kondensatory, a także elementy obwodów nieliniowych o parametrach zależnych od prądu lub napięcia, takie jak lampy próżniowe, tranzystory, cewki indukcyjne z rdzenie ferromagnetyczne. Te elementy obwodów są ze sobą powiązane na różne sposoby i tworzą w takich kompleksach dość złożone obwody elektryczne. Z kolei same kompleksy są ze sobą w taki czy inny sposób połączone, tworząc złożone systemy.
Uogólnione metody analizy złożonych systemów umożliwiają badanie interakcji poszczególnych kompleksów wchodzących w skład systemu. Punkty wyjścia do konstruowania takich uogólnionych metod są takie same prawa fizyczne obwody elektryczne - prawa Ohma i Kirchhoffa, które służą również do obliczania stosunkowo prostych obwodów elektrycznych.
W ten sam sposób rozwijana jest teoria pola elektromagnetycznego w związku z rozwojem naziemnej i kosmicznej radiokomunikacji oraz radioastronomii, a także coraz powszechniejszym wykorzystaniem pól elektrycznych i magnetycznych oraz promieniowanie elektromagnetyczne w nowych instalacjach elektrotechnologicznych i elektrofizycznych.
Wszystko to zawsze stawiało, a zwłaszcza obecnie, stawiane wymagania w zakresie organizacji wyższego kształcenia elektrotechnicznego na wysokim poziomie naukowym. W związku z tym historycznie nie było bardzo ważne stworzenie pierwszego dyscypliny naukowe Dla Liceum, w którym nakreślono teoretyczne problemy elektrotechniki. W 1904 r. profesor W. F. Mitkiewicz rozpoczął lekturę w Petersburgu Instytut Politechniczny stworzył kurs „Teoria zjawisk elektrycznych i magnetycznych”, a następnie kurs „Teoria prądów przemiennych”. W 1905 roku profesor K. A. Krug rozpoczął naukę w Wyższej Szkole Moskiewskiej Technikum kurs „Teoria prądów przemiennych”, a następnie kurs „Podstawy elektrotechniki”.
Następnie te dyscypliny teoretyczne rozwinęły się zgodnie z nowymi ideami fizycznymi, nowymi teoretycznymi i eksperymentalnymi metodami badania zjawisk elektromagnetycznych i wyłącznie szybki rozwój technicznych zastosowań tych zjawisk i uformowali dyscyplinę, która obecnie nosi nazwę „Teoretyczne podstawy elektrotechniki”.
Kurs „Teoretyczne podstawy elektrotechniki” składa się z czterech części. Pierwsza, stosunkowo krótka część, zatytułowana „Podstawowe pojęcia i prawa teorii pola elektromagnetycznego oraz teorii obwodów elektrycznych i magnetycznych”, zawiera uogólnienie pojęć i praw z zakresu zjawisk elektromagnetycznych na podstawie informacji uzyskanych na kursie fizyki oraz opracowanie sformułowań i definicji podstawowych pojęć i teorii praw obwodów elektrycznych i magnetycznych związanych ze wszystkimi działami tej teorii. Część tę należy traktować jako łączącą kurs fizyki z kursem podstaw teoretycznych elektrotechniki i zapewniającą fizyczne zrozumienie procesów zachodzących w obwodach elektrycznych, magnetycznych i polach elektromagnetycznych. Ma to ogromne znaczenie dla prawidłowego matematycznego formułowania problemów rozwiązywanych metodami przedstawionymi w kolejnych częściach kursu. Opanowanie materiału w tej części jest istotne ze względu na fakt, że oprogramowanie nowoczesnych i zaawansowanych komputerów umożliwia realizację obliczeń numerycznych dla szerokiej gamy modeli matematycznych. Aby uniknąć błędnych interpretacji wyników obliczeń prezentowanych w postaci danych liczbowych i graficznych, specjaliści potrzebują głębokiego zrozumienia istoty fizycznej badanego zjawiska.
Druga, największa część kursu nosi tytuł „Teoria liniowych obwodów elektrycznych”. Omówiono w nim właściwości liniowych obwodów elektrycznych oraz metody obliczania procesów zachodzących w takich obwodach. Zasadniczo w tej części omówiono metody analizy obwodów, czyli wyznaczanie procesów zachodzących w danych obwodach, ale zwrócono także uwagę na syntezę i diagnostykę obwodów, czyli zagadnienia dotyczące budowy obwodów elektrycznych o zadanych właściwościach oraz metody doświadczalnego wyznaczania obwodów parametry prawdziwe urządzenia. Obwody liniowe to takie, których parametry wszystkich elementów nie zależą od prądu i napięcia. Obowiązuje dla nich ważna zasada, zwana zasadą superpozycji. Zgodnie z zasadą superpozycji skutki wywołane w określonym środowisku fizycznym przez wspólne działanie kilku jednorodnych przyczyn są sumą skutków wywołanych w tym samym środowisku fizycznym przez każdą z tych przyczyn z osobna. Stosowanie tej zasady umożliwia rozszerzenie wyników uzyskanych dla prostych przypadków na przypadki bardziej złożone. I odwrotnie, zastosowanie tej zasady pozwala nam na rozczłonkowanie trudne zadanie do nieco prostszych. Zasadę superpozycji będziemy szeroko stosować przy badaniu liniowych obwodów elektrycznych, a także przy badaniu pól elektromagnetycznych w ośrodkach liniowych, których parametry nie zależą od intensywności procesu.
Trzecia część nosi tytuł „Teoria nieliniowych obwodów elektrycznych i magnetycznych”. Omówiono w nim właściwości nieliniowych obwodów elektrycznych i magnetycznych oraz metody obliczania procesów w nich zachodzących. Parametry takich obwodów zależą od prądu, napięcia lub strumień magnetyczny, a to prowadzi do znacznego skomplikowania analizy matematycznej procesów zachodzących w tych obwodach. Jednocześnie zagadnienia te mają ogromne znaczenie ze względu na powszechne stosowanie w nowoczesnych urządzeniach elementów obwodów o charakterystyce nieliniowej.
Ostatnia, czwarta część nosi tytuł „Teoria pola elektromagnetycznego”. Wielu problemów elektrycznych nie można w pełni rozważyć za pomocą teorii obwodów i można je rozwiązać jedynie metodami teorii pola elektromagnetycznego. Przede wszystkim do obliczenia parametrów obwodów elektrycznych i magnetycznych konieczna jest znajomość pól elektrycznych i magnetycznych związanych z tymi obwodami. Jest to całkiem naturalne, ponieważ parametry obwodów elektrycznych i magnetycznych w rzeczywistości odzwierciedlają w formie całkowej konfigurację pól elektrycznych i magnetycznych związanych z danymi obwodami, oraz właściwości fizyczneśrodowisko, w którym te pola istnieją. Szereg bardzo ważnych pytań można rozwiązać jedynie metodami opracowanymi wyłącznie w teorii pola. Do takich zagadnień należy np. emisja fal elektromagnetycznych przez antenę i ich propagacja w przestrzeni kosmicznej. Obecność podstawowych praw sformułowanych w pierwszej części kursu pozwala rozpocząć rozważania nad teorią pola elektromagnetycznego od ogólnych równań charakteryzujących to pole jako całość i wykazać, że przypadki, w których działa tylko prąd elektryczny lub tylko pola magnetycznego są szczególnymi przypadkami, gdy warunki obserwacji są takie, że w pewnym ograniczonym obszarze przestrzeni wykrywana jest tylko jedna strona procesu elektromagnetycznego. To wyraźnie podkreśla ideę jedności zjawisk elektrycznych i magnetycznych.
Wprowadzono do podręcznika duża liczba nowe materiały dydaktyczne w postaci pytań, instrukcji i przykładów rozwiązywania najbardziej typowych problemów, a także książka problemów. Te nowe sekcje pomogą zrekompensować szkody wyrządzone w bezpośrednich interakcjach między studentami a wykładowcami w związku ze skróceniem godzin zajęć. Mogą być przydatne do bardziej świadomego i skutecznego opanowania tych części kursu, które należy studiować samodzielnie.
Pytania, ćwiczenia i zadania pogrupowano tak, aby obejmowały kilka rozdziałów kursu teoretycznego. Na przykład po pierwszej części kursu (fizyczne podstawy elektrotechniki) dostępna jest grupa nowych materiałów dydaktycznych. Kolejna grupa pytań, ćwiczeń i zadań łączy drugą część kursu - podstawowe pojęcia z teorii obwodów elektrycznych i magnetycznych. Dzięki temu podczas studiowania kursu możliwe staje się ich wykorzystanie materiały dydaktyczne, utrwalić zdobytą wiedzę teoretyczną.
Złożoność proponowanych pytań i ćwiczeń jest różna; pytania i ćwiczenia z części kursu są ułożone według rosnącej złożoności. Najtrudniejsze ćwiczenia podzielone są na grupy zadaniowe.
Selekcja pytań, ćwiczeń i zadań miała na celu nie tylko opanowanie teoretycznej części kursu, ale także głębsze zrozumienie i przestudiowanie najbardziej złożonych idei i metod teoretycznej elektrotechniki. Część z zaproponowanych pytań i problemów może być trudna dla studentów studiujących przedmiot, ale będzie przydatna nie tylko dla nich, ale także dla doktorantów i inżynierów.
Litery (O) i (P) w nawiasach w rozdziałach „Pytania, ćwiczenia, zadania do rozdziałów...” oznaczają, że na końcu tomu znajduje się odpowiedź lub rozwiązanie odpowiedniego pytania, ćwiczenia lub problemu.
PrzedmowaWstęp
Część pierwsza. PODSTAWOWE POJĘCIA I PRAWA TEORII POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO ORAZ TEORII OBWODÓW ELEKTRYCZNYCH I MAGNETYCZNYCH
Rozdział pierwszy. Uogólnienie pojęć i praw pola elektromagnetycznego
1-1. Ogólny podstawa fizyczna problemy teorii pól elektromagnetycznych oraz teorii obwodów elektrycznych i magnetycznych
1-2. Cząstki elementarne z ładunek elektryczny oraz pole elektromagnetyczne jako szczególne rodzaje materii
1-3. Związek zjawisk elektrycznych i magnetycznych. Pola elektryczne i magnetyczne jako dwie strony jednego pola elektromagnetycznego
1-4. Zależność pomiędzy ładunkiem cząstek i ciał a ich polem elektrycznym. Twierdzenie Gaussa
1-5. Polaryzacja dielektryków. Odchylenie elektryczne. Postulat Maxwella
1-6. Prądy elektryczne przewodzenia, przenoszenia i przemieszczania
1-7. Zasada ciągłości prądu elektrycznego
1-8. Napięcie elektryczne. Różnica potencjałów elektrycznych. Siła elektromotoryczna
1-9. Strumień magnetyczny. Zasada ciągłości strumienia magnetycznego
1-10. Prawo indukcji elektromagnetycznej
1-11. Połączenie strumieniowe. E.m.f. samoindukcja i indukcja wzajemna. Zasada bezwładności elektromagnetycznej
1-12. Potencjalne i wirowe pola elektryczne
1-13. Zależność pola magnetycznego od prądu elektrycznego
1-14. Namagnesowanie materii i natężenie pola magnetycznego
1-15. Całkowite obowiązujące prawo
1-16. Podstawowe równania pola elektromagnetycznego
Rozdział drugi. Energetyczne i mechaniczne przejawy pól elektrycznych i magnetycznych
2-1. Energia układu ciał naładowanych. Rozkład energii w polu elektrycznym
2-2. Siły działające na ciała naładowane
2-3. Energia układu obwodów z prądami elektrycznymi. Rozkład energii w polu magnetycznym
2-4. Siła elektromagnetyczna
Rozdział trzeci. Podstawowe pojęcia i prawa teorii obwodów elektrycznych i magnetycznych
3-1. Obwody elektryczne i magnetyczne
3-2. Elementy obwodów elektrycznych. Części czynne i bierne obwodów elektrycznych
3-3. Zjawiska fizyczne w obwodach elektrycznych. Obwody o parametrach rozproszonych
3-4. Abstrakcje naukowe przyjęte w teorii obwodów elektrycznych, ich znaczenie praktyczne i granice stosowalności. Skumulowane obwody
3-5. Parametry obwodów elektrycznych. Liniowe i nieliniowe obwody elektryczne i magnetyczne
3-6. Zależności pomiędzy napięciem i prądem w podstawowych elementach obwodu elektrycznego
3-7. Warunkowe dodatnie kierunki prądu i e. ds. w elementach obwodu i napięciu na ich zaciskach
3-8. Źródła tj. ds. i źródła aktualne
3-9. Schematy obwodów elektrycznych. Elementy schematu obwodu
3-10. Prawa obwodów elektrycznych. Równania różniczkowe, opisujący procesy w obwodach o parametrach skupionych
3-11. Prawa i parametry obwodów magnetycznych
3-12. Analiza i synteza to dwa główne zadania teorii obwodów elektrycznych
część druga. TEORIA LINIOWYCH OBWODÓW ELEKTRYCZNYCH
Rozdział czwarty. Podstawowe właściwości i parametry zastępcze obwodów elektrycznych z prądami sinusoidalnymi
4-1. Sinusoidalny tj. ds., napięcia i prądy. Źródła sinusoidalne e. ds. i prądy
4-2. Efektywne i średnie wartości okresowych e. ds., napięcia i prądy
4-3. Obraz sinusoidalnego e. ds., napięcia i prądy za pomocą wektorów wirujących. Diagramy wektorowe
4-4. Prąd sinusoidalny w stanie ustalonym w obwodzie z połączeniem szeregowym sekcji r, L i C
4-5. Prąd sinusoidalny w stanie ustalonym w obwodzie z równoległym połączeniem odcinków g, L i C
4-6. Moc czynna, bierna i pozorna
4-7. Chwilowe wahania mocy i energii w sinusoidalnym obwodzie prądowym
4-8. Równoważne parametry obwodu złożonego prąd przemienny, rozpatrywana jako całość jako sieć z dwoma terminalami
4-9. Dwuzaciskowe obwody równoważne przy danej częstotliwości
4-10. Wpływ różne czynniki do równoważnych parametrów obwodu
Rozdział piąty. Metody obliczania obwodów elektrycznych o stałym prądzie sinusoidalnym i stałym
5-1. Metoda złożona
5-2. Złożona rezystancja i przewodność
5-3. Wyrażenia praw Ohma i Kirchhoffa w złożona forma
5-4. Obliczanie mocy przy użyciu złożonego napięcia i prądu
5-5. Obliczenia dla połączenia szeregowego odcinków obwodu
5-6. Obliczenia dla równoległego połączenia odcinków obwodu
5-7. Obliczenia dla mieszanego połączenia odcinków łańcucha
5-8. O obliczaniu złożonych obwodów elektrycznych
5-9. Obliczenia obwodu oparte na konwersji połączenia w trójkąt na równoważne połączenie w gwiazdę
5-10. Konwersja kilku równolegle połączonych gałęzi na źródła energii. ds. w jedną równoważną gałąź
5-11. Metoda prądu pętli
5-12. Metoda naprężeń węzłowych
5-13. Zasada superpozycji i oparta na niej metoda obliczania obwodów
5-14. Zasada wzajemności i oparta na niej metoda obliczania obwodów
5-15. Równoważna metoda generatora
5-16. Obliczanie obwodów w obecności indukcji wzajemnej
5-17. Transformatory o charakterystyce liniowej. Idealny transformator
5-18. Obwody połączone polem elektrycznym
5-19. Zapis macierzowy równań przy obliczaniu obwodów elektrycznych
5-20. Rozwiązywanie równań obwodów zapisanych w postaci macierzowej
5-21. Bilans mocy w złożonym obwodzie
5-22. Obliczanie skomplikowanych obwodów prądu stałego
Rozdział szósty. Zjawiska rezonansowe i charakterystyki częstotliwościowe
6-1. Pojęcie charakterystyk rezonansowych i częstotliwościowych w obwodach elektrycznych
6-2. Rezonans w przypadku połączenia szeregowego sekcji r, L, C
6-3. Charakterystyki częstotliwościowe obwodu z połączeniem szeregowym sekcji r, L, C
6-4. Rezonans przy równoległym połączeniu odcinków g, L, C
6-5. Charakterystyka częstotliwościowa obwodu z równoległym połączeniem sekcji g, L, C
6-6. Charakterystyki częstotliwościowe obwodów zawierających wyłącznie elementy bierne
6-7. Charakterystyki częstotliwościowe obwodów w przypadku ogólnym
6-8. Rezonans w obwodach sprzężonych indukcyjnie
6-9. Praktyczne znaczenie zjawiska rezonansu w obwodach elektrycznych
Rozdział siódmy. Obliczanie obwodów trójfazowych
7-1. Obwody i układy wielofazowe oraz ich klasyfikacja
7-2. Obliczanie obwodu trójfazowego w ogólnym przypadku asymetrii. ds. i asymetrię obwodu
7-3. Uzyskanie wirującego pola magnetycznego
7-4. Rozkład asymetrycznych układów trójfazowych na składowe symetryczne
7-5. O zastosowaniu metody składowych symetrycznych do obliczania obwodów trójfazowych
Rozdział ósmy. Obliczanie obwodów elektrycznych dla emisji okresowej niesinusoidalnej. ds., napięcia i prądy
8-1. Metoda obliczania chwilowych wartości napięć i prądów w stanie ustalonym w liniowych obwodach elektrycznych pod wpływem okresowych niesinusoidalnych fal elektrycznych. ds.
8-2. Zależność kształtu krzywej prądu od charakteru obwodu przy napięciu niesinusoidalnym
8-3. Efektywne wartości okresowych niesinusoidalnych prądów, napięć i e. ds.
8-4. Moc czynna przy okresowych niesinusoidalnych prądach i napięciach
8-5. Cechy zachowania wyższych harmonicznych w obwodach trójfazowych
8-6. O składzie wyższych harmonicznych w obecności symetrii w kształtach krzywych prądu lub napięcia
8-7. Reprezentacja szeregu Fouriera w postaci zespolonej
8-8. Wibracje bije
8-9. Modulowane oscylacje
Rozdział dziewiąty. Obliczanie procesów nieustalonych w obwodach elektrycznych o parametrach skupionych metodą klasyczną
9-1. O procesach przejściowych w liniowych obwodach elektrycznych
9-2. Ścieżka ogólna obliczanie procesów przejściowych w liniowych obwodach elektrycznych
9-3. Wyznaczanie stałych całkowania z warunków początkowych
9-4. Procesy przejściowe w obwodzie z sekcjami r i L połączonymi szeregowo
9-5. Procesy przejściowe w obwodzie z sekcjami r i C połączonymi szeregowo
9-6. Procesy przejściowe w obwodzie z sekcjami r, L i C połączonymi szeregowo
9-7. Rozładowanie kondensatora w obwodzie r, L
9-8. Włączenie obwodu r, L, C pod stałym napięciem
9-9. Załączenie obwodu r, L, C na napięcie sinusoidalne
9-10. Procesy przejściowe podczas chwilowych zmian parametrów odcinków obwodu
9-11. Obliczanie procesów przejściowych w obwodzie złożonym
9-12. Obliczanie procesów przejściowych w złożonych obwodach za pomocą komputerów ciągłych
Rozdział dziesiąty. Obliczanie procesów nieustalonych w obwodach o parametrach skupionych metodą operatorową
10-1. Reprezentacja operatorowa funkcji, ich pochodnych i całek
10-2. Przykłady obrazów funkcyjnych
10-3. Prawa Kirchhoffa i Ohma w postaci operatorowej
10-4. Obliczanie procesów nieustalonych w obwodach elektrycznych metodą operatorową
10-5. Przejście od obrazów do oryginału. Twierdzenie o rozkładzie
10-6. Własności pierwiastków równania charakterystycznego
Rozdział jedenasty. Spektralna reprezentacja funkcji nieokresowych - całkowa transformata Fouriera. Obliczanie procesów przejściowych metodą odpowiedzi częstotliwościowej
11-1. Reprezentacja nieokresowych funkcji czasu za pomocą całki Fouriera
11-2. Charakterystyka częstotliwościowa
11-3. Uzyskanie charakterystyk częstotliwościowych zadanej funkcji czasu
11-4. Analiza stanów przejściowych z wykorzystaniem odpowiedzi częstotliwościowych
11-5. Zależność pomiędzy transformatą Fouriera a transformatą Laplace'a. Pojęcie częstotliwości zespolonej
Rozdział dwunasty. Obliczanie obwodów elektrycznych pod wpływem prądu impulsowego. ds. i e. ds. dowolna forma
12-1. Pojęcie energii impulsu. ds. i systemy impulsowe
12-2. Charakterystyka przejściowa i impulsowa obwodu elektrycznego oraz obliczanie obwodu pod wpływem energii impulsu. ds.
12-3. Obliczanie obwodu pod wpływem e. ds. postać dowolna - całka Duhamela
12-4. O procesach losowych w obwodach elektrycznych
Rozdział trzynasty. Analiza właściwości ogólne czteropole
13-1. Różne typy równań kwadrypolowych
13-2. Obwody równoważne sieci czterozaciskowej
13-3. Eksperymentalne wyznaczanie parametrów kwadrypoli
13-4. Połączenia quadripoli i zapis macierzowy równania czterobiegunowe
13-5. Funkcje przenoszenia kwadrypoli
13-6. Różniczkowanie i integrowanie łańcuchów
13-7. Informacje zwrotne
13-8. Aktywny czterobiegunowy
13-9. Okrągły diagram wektorowy czteropola
Rozdział czternasty. Schematy łańcuchów. Filtry elektryczne. Schematy strukturalne
14-1. Parametry charakterystyczne sieci czterobiegunowej
14-2. Funkcje przenoszenia dopasowanych obwodów łańcuchowych
14-3. Filtry elektryczne
14-4. Elektryczne filtry dolnoprzepustowe typu k
14-5. Elektryczne filtry dolnoprzepustowe typu m
14-6. Metoda konwersji częstotliwości. Elektryczne filtry górnoprzepustowe. Filtry elektryczne pasmowo-przepustowe
14-7. Schematy strukturalne
14-8. O problemie stabilności w obwodach elektrycznych
Rozdział piętnasty. Synteza obwodów elektrycznych
15-1. Zagadnienie syntezy obwodów elektrycznych
15-2. Własności funkcji wejściowych pasywnych obwodów elektrycznych
15-3. Przedstawienie funkcji wejściowych w postaci ułamków prostych
15-4. Implementacja funkcji wejściowych sieci dwuterminalowej, posiadającej pierwiastki rzeczywiste i urojone mianownika, z wykorzystaniem dekompozycji tych funkcji na ułamki proste
15-5. Implementacja funkcji wejściowych sieci dwuterminalowej posiadającej jedynie urojone skorupy mianownika, wykorzystując reprezentację tych funkcji w postaci ułamków ciągłych
15-6. Synteza funkcji wejściowej sieci dwuterminalowej w przypadku ogólnym. Sprawdzanie braku zer i biegunów w prawej półpłaszczyźnie
15-7. Synteza funkcji wejściowej sieci dwuterminalowej w przypadku ogólnym. Sprawdzanie warunku dodatniości funkcji Re >0, gdy Re (р) = b>0
15-8. Synteza funkcji wejściowej sieci dwuterminalowej w przypadku ogólnym. Realizacja określone funkcje mający rzeczywiste, wyimaginowane i złożone korzenie
15-9. O syntezie funkcji przenoszenia sieci czterobiegunowej
Rozdział szesnasty. Obwody elektryczne o parametrach rozłożonych w stanie ustalonym
16-1. Obwody elektryczne o parametrach rozproszonych
16-2. Równania liniowe o parametrach rozłożonych
16-3. Rozwiązywanie równań prostej jednorodnej w ustalonym trybie sinusoidalnym
16-4. O modelowaniu linii jednorodnej za pomocą obwodu łańcuchowego
16-5. Biegnące fale
16-6. Charakterystyka linii jednorodnej. Warunki linii niezniekształcającej
16-7. Jednolita linia w różnych warunkach pracy
16-8. Linie bezstratne
Rozdział siedemnasty. Obwody elektryczne o parametrach rozproszonych podczas procesów przejściowych
17-1. Procesy przejściowe w obwodach o parametrach rozproszonych
17-2. Rozwiązywanie równań jednorodnej, niezniekształconej linii podczas procesu nieustalonego metodą klasyczną
17-3. Rozwiązywanie równań jednorodnej, niezniekształconej linii podczas procesu nieustalonego metodą operatorową
17-4. Fale w linii niezniekształcającej
17-5. O pochodzeniu i naturze fal w liniach
17-6. Załamanie i odbicie fal na styku dwóch jednorodnych linii
17-7. Odbicie fal od końca linii
17-8. Proces toczenia po jednorodnej linii
17-9. Przechodzenie fal w obecności reaktancji na styku linii jednorodnych
17-10.Przechodzenie fal w obecności czynnego oporu na styku linii jednorodnych
Indeks tematyczny
Spis treści
Teoretyczne podstawy elektrotechniki: W 3 tomach Podręcznik dla uniwersytetów. Tom 1. - wyd. 4. / K.S. Demirchyan, L.R. Neiman, N.V. Korovkin, V.L. Czeczurin. - St. Petersburg: Peter, 2003. - 463 s.: chory.
Tom pierwszy podsumowuje podstawowe informacje o zjawiskach elektromagnetycznych oraz formułuje podstawowe pojęcia i prawa teorii obwodów elektrycznych i magnetycznych. Opisano właściwości liniowe obwody elektryczne; podano metody obliczania procesów ustalonych w obwodach elektrycznych; Rozważane są zjawiska rezonansowe w obwodach i zagadnienia analityczne obwody trójfazowe.
Podręcznik zawiera rozdziały ułatwiające samodzielne studiowanie złożonego materiału teoretycznego. Do wszystkich sekcji dołączone są pytania, ćwiczenia i zadania. Większość z nich ma odpowiedzi i rozwiązania.
Podręcznik przeznaczony jest dla studentów uczelni technicznych, przede wszystkim elektrotechniki i elektroenergetyki.
O strukturze podręcznika
Dobrze " Teoretyczne podstawy elektrotechniki„składa się z czterech części. Pierwsza, stosunkowo krótka, nosi tytuł „Podstawowe pojęcia i prawa I teorie„, zawiera uogólnienia pojęć i praw z zakresu zjawisk elektromagnetycznych oraz rozwinięcie sformułowań i definicji podstawowych pojęć i praw teorii obwody elektryczne i magnetyczne. Ta część, łącząca kursy fizyki i teoretyczne podstawy elektrotechniki, jednocześnie tworzą się w czytelniku prawidłowe wyobrażenia fizyczne o procesach zachodzących w obwody elektryczne i magnetyczne i w pola elektromagnetyczne. Pomaga także lepiej zrozumieć to, co jest prezentowane w kolejnych częściach kursu. sformułowania matematyczne i metody rozwiązywania problemów.
Druga i największa część kursu, zatytułowana „”, zawiera spójną prezentację tej teorii, opatrzoną znaczną liczbą przykładów. Oto główne właściwości liniowe obwody elektryczne oraz różne podejścia do obliczania procesów w stanie ustalonym i przejściowym w takich obwodach. Główną uwagę poświęcono metodom analitycznym pozwalającym obliczyć charakterystykę procesów elektromagnetycznych w obwodach elektrycznych, których budowa i parametry są znane. Jednocześnie rozważane są także główne podejścia do problemów syntezy i diagnostyki obwodów, których znaczenie obecnie rośnie. Zastosowanie metod przedstawionych w tych rozdziałach podręcznika pozwala na tworzenie obwodów elektrycznych o zadanych właściwościach, a także wyznaczanie parametrów czy diagnozowanie stanu rzeczywistych urządzeń.
Trzecia część kursu nosi tytuł „ Teoria nieliniowych obwodów elektrycznych i magnetycznych" Opisuje właściwości nieliniowe obwody elektryczne i magnetyczne oraz metody obliczania procesów w nich zachodzących. Parametry obwodów nieliniowych zależą od prądu, napięcia czy strumienia magnetycznego, co prowadzi do znacznego skomplikowania modeli matematycznych elementów nieliniowych oraz metod analizy procesów w obwody nieliniowe. Jednocześnie zagadnienia te mają ogromne znaczenie ze względu na powszechne stosowanie w nowoczesnych urządzeniach elementów obwodów o charakterystyce nieliniowej.
Ostatnia, czwarta część to „”. Wiele problemów elektrycznych nie można w pełni rozwiązać za pomocą teoria obwodów i należy je rozwiązać za pomocą metod teoria pola elektromagnetycznego. Przede wszystkim metody te są niezbędne do obliczania najważniejszych parametrów elektromagnetycznych urządzeń elektrycznych, takich jak indukcyjność, pojemność, rezystancja, co jednak nie wyczerpuje zakresu ich zastosowania. Bez użycia nowoczesne metody teoria pola elektromagnetycznego Nie można rozważać zagadnień promieniowania i propagacji w przestrzeni fal elektromagnetycznych, strat w urządzeniach o dużej energii, powstawania i stosowania urządzeń o dużym natężeniu pola elektrycznego lub magnetycznego itp.
Dostępność pierwszej części „Podstawowe pojęcia i prawa” w podręczniku teoria elektromagnetyczna dziedziny i teorie obwody elektryczne i magnetyczne„, umożliwia rozpoczęcie rozważań nad teorią pole elektromagnetyczne z równań ogólnych, co pozwala nam szczegółowo rozważyć podejścia do rozwiązywania problemów teoretycznych pole elektromagnetyczne oraz przykłady ich rozwiązań w ograniczonym zakresie podręcznika.
W podręczniku przyjęto ciągłą numerację rozdziałów. Pierwszy tom podręcznika zawiera część 1 „Podstawowe pojęcia i prawa teoria pola elektromagnetycznego i teorie obwody elektryczne i magnetyczne" (rozdziały 1-3) i początek części 2 " Teoria liniowych obwodów elektrycznych„(rozdziały 3-8), w tomie drugim – koniec części 2” Teoria liniowych obwodów elektrycznych„(rozdziały 9-18), a także część 3” Teoria nieliniowych obwodów elektrycznych„(rozdziały 19-22), w tomie trzecim – część 4” Teoria pola elektromagnetycznego„(rozdziały 23-30). Tom czwarty zawiera pytania, ćwiczenia i zadania do wszystkich części kursu, a także zestaw zadań obliczeniowych do całego kursu z instrukcje metodologiczne je przeprowadzić. Zawiera także odpowiedzi na pytania, rozwiązania ćwiczeń i problemów. Pobierz Podstawy teoretyczne elektrotechniki: W 3 tomach Podręcznik dla uczelni wyższych. Tom 1. - wyd. 4. / K.S. Demirchyan, L.R. Neiman, N.V. Korovkin, V.L. Czeczurin. - Petersburg: Piotr, 2003
Przedmowa
Wstęp
CZĘŚĆ I Podstawowe pojęcia i prawa teorii pola elektromagnetycznego oraz teorii obwodów elektrycznych i magnetycznych
Rozdział 1 Uogólnienie pojęć i praw pola elektromagnetycznego
1.1. Ogólne podstawy fizyczne zagadnień teorii pól elektromagnetycznych i teorii obwodów elektrycznych i magnetycznych
1.2. Naładowany cząstki elementarne i pole elektromagnetyczne jako szczególne rodzaje materii
1.3. Związek zjawisk elektrycznych i magnetycznych. Pola elektryczne i magnetyczne jako dwie strony jednego pola elektromagnetycznego
1.4. Zależność pomiędzy ładunkiem cząstek i ciał a ich polem elektrycznym. Twierdzenie Gaussa
1,5. Polaryzacja substancji. Odchylenie elektryczne. Postulat Maxwella
1.6. Prądy elektryczne przewodzenia, przenoszenia i przemieszczania
1.7. Zasada ciągłości prądu elektrycznego
1.8. Napięcie elektryczne. Różnica potencjałów elektrycznych. Siła elektromotoryczna
1.9. Strumień magnetyczny. Zasada ciągłości strumienia magnetycznego
1.10. Prawo indukcji elektromagnetycznej
1.11. Połączenie strumieniowe. Samoindukowane emf i wzajemna indukcja. Zasada bezwładności elektromagnetycznej
1.12. Potencjalne i wirowe pola elektryczne
1.13. Zależność pola magnetycznego od prądu elektrycznego
1.14. Namagnesowanie materii i natężenie pola magnetycznego
1,15. Całkowite obowiązujące prawo
1.16. Podstawowe równania pola elektromagnetycznego
Rozdział 2 Energetyczne i mechaniczne przejawy pól elektrycznych i magnetycznych
2.1. Energia układu ciał naładowanych. Rozkład energii w polu elektrycznym
2.2. Energia układu obwodów z prądami elektrycznymi. Rozkład energii w polu magnetycznym
2.3. Siły działające na ciała naładowane
2.4. Siła elektromagnetyczna
Pytania, ćwiczenia, zadania do rozdziałów 1 i 2
2.2. Siły działające na ciała naładowane. Siła elektromagnetyczna
Rozdział 3 Podstawowe pojęcia i prawa teorii obwodów elektrycznych
3.1. Obwody elektryczne i magnetyczne
3.2. Elementy obwodów elektrycznych. Części czynne i bierne obwodów elektrycznych
3.3. Zjawiska fizyczne w obwodach elektrycznych. Obwody o parametrach rozproszonych
3.4. Abstrakcje naukowe przyjęte w teorii obwodów elektrycznych, ich znaczenie praktyczne i granice stosowalności. Skumulowane obwody
3.5. Parametry obwodów elektrycznych. Liniowe i nieliniowe obwody elektryczne i magnetyczne
3.6. Zależności pomiędzy napięciem i prądem w podstawowych elementach obwodu elektrycznego
3.7. Warunkowe dodatnie kierunki prądu i pola elektromagnetycznego w elementach obwodu oraz napięcia na ich zaciskach
3.8. Źródła pól elektromagnetycznych i źródła prądu
3.9. Schematy obwodów elektrycznych
3.10. Pojęcia topologiczne schematu obwodu elektrycznego. Wykres schematu
3.11. Macierz połączeń węzłowych
3.12. Prawa obwodów elektrycznych
3.13. Równania węzłowe dla prądów w obwodzie
3.14. Równania obwodu obwodu. Matryca konturowa
3.15. Równania prądów w odcinkach obwodów. Macierz sekcji
3.16. Zależności pomiędzy macierzami połączeń, konturów i przekrojów
3.17. Kompletny układ równań dla obwodów elektrycznych. Równania różniczkowe procesów w obwodach o parametrach skupionych
3.18. Analiza i synteza to dwa główne zadania teorii obwodów elektrycznych
CZĘŚĆ DRUGA Teoria liniowych obwodów elektrycznych
Rozdział 4 Podstawowe właściwości i parametry zastępcze obwodów elektrycznych z prądami sinusoidalnymi
4.1. Sinusoidalne pole elektromagnetyczne, napięcia i prądy. Źródła sinusoidalnego pola elektromagnetycznego i prądów
4.2. Efektywne i średnie wartości okresowych pól elektromagnetycznych, napięć i prądów
4.3. Reprezentacja sinusoidalnych sił elektromotorycznych, napięć i prądów za pomocą wektorów wirujących. Diagramy wektorowe
4.4. Prąd sinusoidalny w stanie ustalonym w obwodzie z połączeniem szeregowym sekcji r, L i C
4,5. Prąd sinusoidalny w stanie ustalonym w obwodzie z równoległym połączeniem odcinków g, L i C
4.6. Moc czynna, bierna i pozorna
4.7. Chwilowe wahania mocy i energii w sinusoidalnym obwodzie prądowym
4.8. Równoważne parametry złożonego obwodu prądu przemiennego rozpatrywanego jako całość jako sieć dwuzaciskowa
4.9. Dwuzaciskowe obwody równoważne przy danej częstotliwości
4.10. Wpływ różnych czynników na parametry obwodu zastępczego
Pytania, ćwiczenia, problemy do rozdziałów 3 i 4
3.4. Prawa Kirchhoffa
3.5. Macierze topologiczne
4.2. Diagramy wektorowe
Rozdział 5 Metody obliczania obwodów elektrycznych o stałym prądzie sinusoidalnym i stałym
5.1. Metoda złożona
5.2. Złożona rezystancja i przewodność
5.3. Wyrażenia praw Ohma i Kirchhoffa w formie zespolonej
5.4. Obliczanie mocy przy użyciu złożonego napięcia i prądu
5.5. Obliczenia dla połączenia szeregowego odcinków obwodu
5.6. Obliczenia dla równoległego połączenia odcinków obwodu
5.7. Obliczenia dla mieszanego połączenia odcinków łańcucha
5.8. O obliczaniu złożonych obwodów elektrycznych
5.9. Obliczenia obwodu oparte na konwersji połączenia w trójkąt na równoważne połączenie w gwiazdę
5.10. Konwersja pól elektromagnetycznych i źródeł prądu
5.11. Metoda prądu pętli
5.12. Metoda naprężeń węzłowych
5.13. Metoda sekcji
5.14. Metoda wartości mieszanych
5.15. Zasada superpozycji i oparta na niej metoda obliczania obwodów
5.16. Zasada wzajemności i oparta na niej metoda obliczania obwodów
5.17. Równoważna metoda generatora
5.18. Obliczanie obwodów w obecności indukcji wzajemnej
5.19. Transformatory o charakterystyce liniowej. Idealny transformator
5.20. Obwody połączone polem elektrycznym
5.21. Bilans mocy w złożonym obwodzie
5.22. Obliczanie skomplikowanych obwodów prądu stałego
5.23. Zagadnienia obliczania warunków ustalonych złożonych obwodów elektrycznych
5.24. Topologiczne metody obliczania obwodów
Pytania, ćwiczenia, problemy do rozdziału 5
5.1. Metoda złożona
Rozdział 6 Zjawiska rezonansowe i charakterystyki częstotliwościowe
6.1. Pojęcie charakterystyk rezonansowych i częstotliwościowych w obwodach elektrycznych
6.2. Rezonans w przypadku połączenia szeregowego sekcji r, L, C
6.3. Charakterystyki częstotliwościowe obwodu z połączeniem szeregowym sekcji r, L, C
6.4. Rezonans przy równoległym połączeniu odcinków g, L, C
6.5. Charakterystyka częstotliwościowa obwodu z równoległym połączeniem sekcji g, L, C
6.6. Charakterystyki częstotliwościowe obwodów zawierających wyłącznie elementy bierne
6.7. Charakterystyki częstotliwościowe obwodów w przypadku ogólnym
6.8. Rezonans w obwodach sprzężonych indukcyjnie
6.9. Praktyczne znaczenie zjawiska rezonansu w obwodach elektrycznych
Rozdział 7 Obliczanie obwodów trójfazowych
7.1. Obwody i układy wielofazowe oraz ich klasyfikacja
7.2. Obliczanie obwodu trójfazowego w ogólnym przypadku asymetrii pola elektromagnetycznego i asymetrii obwodu
7.3. Uzyskanie wirującego pola magnetycznego
7.4. Rozkład asymetrycznych układów trójfazowych na składowe symetryczne
7,5. O zastosowaniu metody składowych symetrycznych do obliczania obwodów trójfazowych
Rozdział 8 Obliczanie obwodów elektrycznych dla niesinusoidalnego okresowego pola elektromagnetycznego, napięć i prądów
8.1. Metoda obliczania chwilowych napięć i prądów w stanie ustalonym w liniowych obwodach elektrycznych pod wpływem okresowego niesinusoidalnego pola elektromagnetycznego
8.2. Zależność kształtu krzywej prądu od charakteru obwodu przy napięciu niesinusoidalnym
8.3. Efektywne okresowe niesinusoidalne prądy, napięcia i pola elektromagnetyczne
8.4. Moc czynna przy okresowych niesinusoidalnych prądach i napięciach
8,5. Cechy zachowania wyższych harmonicznych w obwodach trójfazowych
8.6. O składzie wyższych harmonicznych w obecności symetrii w kształtach krzywych prądu lub napięcia
8.7. Reprezentacja szeregu Fouriera w postaci zespolonej
8.8. Wibracje bije
8.9. Modulowane oscylacje
Pytania, problemy i ćwiczenia do rozdziałów 6, 7 i 8
8.2. Kształt krzywych prądu w obwodzie elektrycznym przy napięciu niesinusoidalnym
Odpowiedzi na pytania, rozwiązania ćwiczeń i problemów
1.1. Zależność pomiędzy ładunkiem cząstek i ciał a ich polem elektrycznym. Twierdzenie Gaussa
1.2. Odchylenie elektryczne. Postulat Maxwella
1.3. Rodzaje prądu elektrycznego i zasada ciągłości prądu elektrycznego
1.4. Napięcie i potencjał elektryczny
1,5. Indukcja magnetyczna. Zasada ciągłości strumienia magnetycznego
1.6. Prawo indukcji elektromagnetycznej
1.7. Indukcyjność i indukcyjność wzajemna
1.8. Potencjalne i wirowe pola elektryczne
1.9. Zależność pola magnetycznego od prądu elektrycznego
1.10. Namagnesowanie materii i prawo prądu całkowitego
2.1. Energia układu ciał naładowanych. Energia obwodów z prądami
2.1. Siły działające na ciała naładowane. Siły elektromagnetyczne
3.1. Elementy obwodów elektrycznych
3.2. Źródła w obwodach elektrycznych
3.3. Pojęcia topologiczne schematu obwodu elektrycznego
3.4. Prawa Kirchhoffa
3.5. Macierze topologiczne
3.6. Równania obwodu elektrycznego
4.1. Charakterystyka sinusoidalnego pola elektromagnetycznego, napięć i prądów
4.2. Diagramy wektorowe
4.3. Prąd w obwodzie z szeregowym i równoległym połączeniem elementów r, L, C
4.4. Moc w obwodzie prądu sinusoidalnego
4,5. Równoważne parametry obwodu rozpatrywanego jako sieć dwuzaciskowa
5.1. Metoda złożona
5.2. Metody obliczania złożonych obwodów elektrycznych
5.3. Obliczanie obwodów elektrycznych w obecności indukcji wzajemnej
6.1. Rezonans przy łączeniu elementów r, L, C szeregowo
6.2. Rezonans przy równoległym łączeniu elementów g, L, C
6.3. Rezonans w obwodach zawierających elementy reaktywne
6.4. Charakterystyki częstotliwościowe obwodów elektrycznych
6.5. Rezonans w obwodach elektrycznych dowolnego typu
7.1. Klasyfikacja obwodów i układów wielofazowych
7.2. Obliczanie trójfazowych obwodów elektrycznych
7.3. Wirujące pole magnetyczne
7.4. Metoda składowych symetrycznych
8.1. Obliczanie obwodów elektrycznych pod okresowymi napięciami niesinusoidalnymi
8.2. Kształt krzywych prądu w obwodzie elektrycznym
przy napięciu niesinusoidalnym
8.3. Efektywne wartości okresowych wielkości niesinusoidalnych. Czynna moc
8.4. Wyższe harmoniczne w obwodach trójfazowych
Indeks alfabetyczny
Indeks alfabetyczny
napięcie aktywne, 197
prąd czynny, 197
amplituda napięcia, prądu, emf, 177
analiza obwodu elektrycznego, 174
bilans mocy, 280
wibracje wibracyjne, 348
schemat wektorowy, 183
wektory obrotowe, 182
gałąź obwodu elektrycznego, 152
gałąź y, 258
oddział z, 258
uogólnione, 159
indukcyjność wzajemna, 60, 145
prądy wirowe, 201
włączenie
licznik, 271
spółgłoska, 271
wirujące pole magnetyczne, 327
okólnik, 329
pulsujący, 329
wyższe harmoniczne, 335
w obwodach trójfazowych, 343
reżyseria, 153
posłaniec, 153
podwójne drzewo, 286
obwód elektryczny, 153
dwa terminale aktywne, 152
bierny, 153
wartość efektywna
sinusoidalne napięcia, prądy, SEM, 181
niesinusoidalne napięcia, prądy, SEM, 340
okresowe napięcia, prądy, emf, 180
drzewo wykresów, 154
schemat topograficzny, 326
podatność dielektryczna, 30
absolutna przepuszczalność, 34
krewny, 34
współczynnik jakości obwodu, 303
Joule-Lenz, 45
Kirchhoff drugi, 158
drugi w formie złożonej, 229
po pierwsze, 157
pierwszy w formie złożonej, 229
Kulona, 27
w formie złożonej, 229
w formie matrycy, 243
pełny prąd, 73
indukcja elektromagnetyczna w ujęciu Maxwella, 56
w sformułowaniu Faradaya, 58
elektryczny, 18
remis, 32
podstawowa, 19
tłumienie konturowe, 303
indukcyjność własna, 60
odpowiednik, 271
idealne źródło, 147
zależny, 148
zależny, 148
energia, 51, 130
wahania energii, 192
złożona amplituda, 225
moc, 230
przewodnictwo, 229
opór, 228
złożone napięcie, prąd, emf, 227
metoda złożona, 224
obwód obwodu elektrycznego, 152
współczynnik szczytu, 182
modulacja, 350
moc, 190
przy okresowych niesinusoidalnych napięciach i prądach, 342
indukcja magnetyczna, 53
siła pola magnetycznego, 71
równy potencjał, 48
linia przemieszczenia elektrycznego, 35
indukcja magnetyczna, 23
stała magnetyczna, 66 moment magnetyczny prądu elementarnego, 71
pas magnetyczny, 67
siła magnetomotoryczna,
73 Maxwella
postulat, 35
macierz tożsamości, 169
kontury, 164
sekcje, 166
połączenia, 156
odwrotny, 171
opór, 234
filar, 161
transponowane, 157
chwilowe napięcie, prąd, emf, 177
prądy pętlowe, 242
elementy symetryczne, 329
obliczenia topologiczne obwodów, 283
naprężenia węzłowe, 249
równoważny generator, 267
układ wielofazowy, 321
asymetryczny, 322
niezrównoważony, 322
symetryczny, 321
sekwencja zerowa symetryczna, 322
sekwencja ujemna symetryczna, 322
sekwencja dodatnia symetryczna, 322
zrównoważony, 322
modulacja oscylacji, 348
amplituda, 350
faza, 351
częstotliwość, 351
moc czynna, 189
przy niesinusoidalnych napięciach i prądach, 341
natychmiast, 189, 192
pełny, 190
reaktywny, 190
układ trójfazowy, 325
namagnesowanie materii, 70, 72
napięcie liniowe, 324
faza, 324
elektryczny, 44
siła pola magnetycznego, 70
pole elektryczne, 22
punkt neutralny, 323
przewód neutralny, 323
wolumetryczna gęstość energii pole magnetyczne, 82
pole elektryczne, 77
podstawowa (pierwsza) harmoniczna szeregu Fouriera, 335
spadek napięcia, 45
równoważne parametry, 195
okresowe napięcia, prądy, emf, 180, 335
gęstość prądu, 36
efekt powierzchniowy, 201
powierzchnia o równym potencjale,
magnetyczne, 21, 23
elektryczny, 21-22
wir, 64
potencjał, 47, 64
stacjonarny, 47
osoba trzecia, 49
elektromagnetyczne, 19
elektrostatyczny, 45
pełny prąd, 35, 73
szerokość pasma, 306
polaryzacja materii, 30
stały składnik szeregu Fouriera, 335
potencjał elektryczny, 45, 47
Straty wiroprądowe, 201
przepływ wektora napięcia
pole elektryczne, 28
indukcja wzajemna, 60
magnetyczny, 52
samoindukcja, 60
połączenie strumienia, 59
konwersja źródeł, 240
konwersja połączenia w kształcie trójkąta na równoważne połączenie w gwiazdę, 238
zasada wzajemności, 265
nakładki, 263
ciągłość strumienia magnetycznego, 54
ciągłość prądu elektrycznego, 42
bezwładność elektromagnetyczna, 61
przewodność czynna, 189
wzajemne, 255
fala, 308
wejście, 255
pojemnościowy, 189
indukcyjny, 189
pełny, 189
reaktywny, 189
własny, 251
elektryczność, 37
pustka, 19
różnica potencjałów elektrycznych, 46
elektryczny, 64
rozstrojenie konturu, 307
napięcie bierne, 197
prąd bierny, 197
rezonans, 302
w obwodach sprzężonych indukcyjnie, 317
napięcie, 303
z równoległym połączeniem sekcji g, L, C, 307
z połączeniem szeregowym, 302
wykres komunikacji, 154
w polu elektrycznym, 85
w polu elektromagnetycznym, 87
elementy symetryczne
układ trójfazowy, 329
synteza obwodów elektrycznych, 174
mieszanina
równolegle, 152, 231
sekwencyjne, 152, 231
(oprawa) z gwiazdą, 323
(łączenie) z wielokątem, 323
(łączenie) z trójkątem, 324
mieszane, 152
aktywny opór, 185
aktywny odpowiednik, 196
wzajemne, 249
przyczynił się
aktywny, 277
samolot, 277
wejście, 249
pojemnościowy, 185
indukcyjny, 185
kontur, 243
ogólne, 246, 249
pełny, 185
pełny odpowiednik, 196
odpowiednik reaktywny, 196
samolot, 185
własne, 246, 249
elektryczność, 37
widmo dyskretne, 348
średnia wartość sinusoidalnych napięć, prądów, emf, 181
wymiana obwodu elektrycznego, 150
obwód elektryczny, 149
Gausa, 26
Langevina, 280
Nortona, 268
Thevenina, 267
liniowy, 324
transfer, 38
przewodnictwo, 36
faza, 324
elektryczny, 36
polaryzacja, 39
przemieszczenie elektryczne, 39
idealny transformator, 279
liniowy, 275
idealnie, 278
trójkąt
napięcie, 197
przewodnictwo, 197
opór, 197
indukcja magnetyczna, 52
natężenie pola elektrycznego, 23
przemieszczenie elektryczne, 35
kąt fazowy napięcia, prądu, emf, 178
montaż obwodu elektrycznego, 152
wzmacniacz operacyjny, 149
wartości w stanie ustalonym, 177
wartości w stanie ustalonym, 184, 187
napięcie fazowe, prąd, emf, 177
podstawowa, 177
Charakterystyka
amplituda-częstotliwość, 348
zewnętrzny, 147
woltoamper, 138
częstotliwość fazowa, 348
złożone, 233
aktywny, 131
liniowy, 139
magnetyczny, 130
nieliniowy, 139
bierny, 131
z parametrami rozproszonymi, 134
z skupieniem
parametry, 137
elektryczny, 130
modulacja, 350
napięcie, prąd, SEM, 177
przewoźnik, 350
rezonansowy, 303
róg, 177
charakterystyka częstotliwościowa, 302
obwody ogólnie, 314
obwody z elementów biernych, 311
łańcuchy z równoległym połączeniem odcinków g, L, C, 309
obwody z połączeniem szeregowym sekcji r, L, C, 304
pojemność elektryczna, 48
stała, 27
filtry elektryczne, 340
dipol elektryczny, 29
elektryczny moment dipolowy, 29
przemieszczenie elektryczne, 33
siła elektromotoryczna, 49
indukcja wzajemna, 60
samoindukcja, 60
pole magnetyczne, 81
układy pętli prądowych, 81
Pole elektryczne, 77 Pobierz Teoretyczne podstawy elektrotechniki: W 3 tomach Podręcznik dla uniwersytetów. Tom 1. - wyd. 4. / K.S. Demirchyan, L.R. Neiman, N.V. Korovkin, V.L. Czeczurin. - Petersburg: Piotr, 2003
