Классификация веществ по электропроводным свойствам

Все вещества по электропроводным свойствам можно разделить на три класса в зависимости от величины удельного сопротивления.

Проводники – удельное сопротивление ρ < 10^-5 Ом·м

Диэлектрики – ρ >10⁸ Ом·м

Полупроводники– 10^-5 < ρ >10⁸ Ом·м (удельное сопротивление изменяется в широких пределах в зависимости от внешних условий).

Полное сопротивление

В цепях переменного тока помимо активного сопротивления R (сопротивление – на котором происходит процесс преобразования электрической энергии в другой вид, например, чаще всего в тепло) могут действовать реактивные сопротивления:

Сопротивление катушки индуктивности X_L – реактивное индуктивное;

Сопротивление конденсатора X_C – реактивное емкостное.

На реактивных элементах происходит преобразование электрической энергии в энергию магнитного поля вокруг проводника (индуктивное сопротивление) или перераспределение параметров электрической энергии во времени (емкостное сопротивление). Таким образом реактивные элементы просто обмениваются энергией с источником.

Полное сопротивление электрической цепи определяется как векторная сумма всех сопротивлений:

Z =

Единицей измерения любого сопротивления вне зависимости от его характера является Ом.

Емкостное сопротивление

Емкостное сопротивление связано с обменом электрической энергией между токопроводящими элементами, находящимися на близком расстоянии. Например витки катушки влияют друг на друга и перераспределение этой энергии влечет за собой дополнительное сопротивление току. Другое дело, что такое сопротивление очень мало по сравнению с активным и индуктивным, поэтому на упрощенном уровне емкостным сопротивлением в вихретоковом контроле пренебрегают. Хотя при расчете вихретковых преоразователей и параметров электрических цепей вихретоковых приборов емкостную составляющую обязательно следует учитывать.

Закон Ома

Соотношение между током напряжением и сопротивлением в электрической цепи устанавливает закон Ома:

I = .

В цепях постоянного тока присутствует только активное сопротивление R, поэтому в формуле закона Ома для постоянного тока можно использовать его.

Амплитуда и фаза.

Переменные электрические величины, изменяющиеся по гармоническим законам, характеризуются частотой, амплитудой и фазой (рис. 1.10) колебаний.

Амплитуда – это наибольшее значение переменной величины, которого она достигает за период колебаний. Амплитуда измеряется в единицах переменной величины, например тока или напряжения.

Фаза – это время (доля периода и тогда ее можно выражать в угловых единицах, как на рис. 1.12) прошедшее с момента начала колебания, так как круговая частота ω при гармонических колебаниях величина постоянная.

I = I_msinωt+ψ,

где ψ – фаза колебаний относительно нуля начала колебаний. Обычно для переменного тока понятие начала колебаний абстрактно и фаза является мерой смещения колебаний например тока относительно напряжения или напряжений двух взаимодействующих катушек.

Период колебаний T – время за которое колеблющаяся величина возвращается в исходное положение. Период связан с круговой частотой и частотой колебаний соотношением:

Ψ₁ = T/8 = π/4 = 45⁰;

Ψ₂ = T= 2π= 360⁰ (0⁰)

Рисунок 1.10 – понятие фазы колебаний

Приняв за начало отсчета момент начала колебаний одной из синусоидальных величин, изменяющихся с одной частотой (например напряжения) можно определить время (угол) отставания или опережения по фазе другой или других величин (например тока).

Рисунок 1.11 – Сдвиг фазы колебаний двух величин (а) – величины имеют одинаковую фазу (находятся в фазе), (б) – одна величина (ток) отстает по фазе на 90⁰ (сдвиг по фазе), сдвиг по фазе составляет 180⁰ (величины находятся в противофазе)