Основные электрические величины

Электротехника — это наука, изучающая электрические и магнитные явления и их применение в технике. Основой для понимания процессов, происходящих в электрических цепях, являются электрические величины.
Эти величины позволяют количественно описать состояние электрической цепи, её параметры и характеристики. Рассмотрим основные электрические величины, их определения, единицы измерения и взаимосвязи.

1. Электрический заряд (Q)

Электрический заряд — это физическая величина, определяющая способность тела создавать электрическое поле и участвовать в электромагнитных взаимодействиях.

• Единица измерения: Кулон (Кл).
• Обозначение: Q.
• Свойства:
  • Заряд может быть положительным или отрицательным.
  • Заряд дискретен, то есть существует в виде кратных элементарному заряду $$ Заряд\spaceэлектрона: e=1,6⋅10^{−19}\spaceКл $$
  • Заряд сохраняется в замкнутой системе (закон сохранения заряда).

2. Электрический ток (I)

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц (электронов, ионов) под действием электрического поля.

• Единица измерения: Ампер (А).
• Обозначение: I.
• Формула: $$ I = \dfrac{\Delta Q}{ \Delta t} $$
• Свойства:
  • Ток может быть постоянным (DC) или переменным (AC).
  • Направление тока условно принято за направление движения положительных зарядов.

3. Напряжение (U)

Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, которая определяет работу, совершаемую электрическим полем по перемещению единичного заряда.

• Единица измерения:Вольт (В).
• Обозначение: U.
• Формула: $$ U = \dfrac{A}{ Q} $$ где
  A - работа
  Q - заряд
• Свойства:
  • Напряжение является причиной возникновения тока.
  • Напряжение может быть постоянным или переменным.

4. Сопротивление (R)

Сопротивление — это свойство материала препятствовать прохождению электрического тока.

• Единица измерения: Ом (Ом).
• Обозначение: R.
• Формула: $$ R = \dfrac{U}{I} $$
  где
  U - напряжение,
  I - ток.
• Свойства:
  • Сопротивление зависит от материала, длины и площади поперечного сечения проводника.
  • Закон Ома: U = I*R

5. Мощность (P)

Мощность — это величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

• Единица измерения: Ватт (Вт).
• Обозначение: P
• Формула: $$ P = U \cdot I $$
  где
  U - напряжение,
  I - ток.
• Свойства:
  • Мощность может быть активной, реактивной и полной (в цепях переменного тока).
  • Мощность измеряется с помощью ваттметров.

6. Энергия (W)

Электрическая энергия — это способность электрического тока совершать работу.

• Единица измерения: Джоуль (Дж) или киловатт-час (кВт·ч).
• Обозначение: W.
• Формула: $$ W = P \cdot t $$
  где
  P — мощность,
  t — время.
• Свойства:
  • Энергия может преобразовываться в другие виды энергии (тепловую, механическую и т.д.).
  • В быту энергия измеряется в киловатт-часах.

7. Частота (f)

Частота — это величина, характеризующая количество полных циклов изменения переменного тока за единицу времени.

• Единица измерения: Герц (Гц).
• Обозначение: f.
• Формула: $$ f = \dfrac{1}{T} $$
  где T — период (время одного полного цикла).
• Свойства:
  • В России стандартная частота переменного тока в сети — 50 Гц.
  • Частота связана с угловой частотой ω=2πf.

8. Электрическая ёмкость (C)

Электрическая ёмкость — это способность проводника накапливать заряд под действием напряжения.

• Единица измерения: Фарад (Ф).
• Обозначение: C.
• Формула: $$ C= \dfrac{Q}{U} $$
  где
  Q — заряд,
  U — напряжение.
• Свойства:
  • Ёмкость зависит от геометрии проводников и свойств диэлектрика между ними.
  • Ёмкость используется в конденсаторах.

9. Индуктивность (L)

Индуктивность — это свойство проводника препятствовать изменению тока в цепи.

• Единица измерения: Генри (Гн).
• Обозначение: L
• Формула: $$ U = L\cdot\dfrac{dI}{dt} $$
  где dI/dt - скорость изменения тока
• Свойства:
  • Индуктивность зависит от геометрии проводника и наличия магнитного материала.
  • Индуктивность используется в катушках индуктивности.

Основные электрические величины — это фундамент для понимания работы электрических цепей и устройств. Они взаимосвязаны между собой и описываются законами электротехники, такими как закон Ома, законы Кирхгофа и другие. Понимание этих величин позволяет проектировать, анализировать и эксплуатировать электрические системы.