75 вопросов и ответов по электротехнике с формулами и расчетами

Ниже приведены все 75 вопросов с краткими ответами на каждый.

1. Изображение электрического поля и движение заряда

Изобразите электрическое поле положительного точечного заряда. В каком направлении станет перемещаться пробный отрицательный заряд, помещённый в такое поле?
Поле радиальное, линии напряжённости выходят из заряда. Отрицательный пробный заряд будет перемещаться к положительному заряду.

2. Напряжённость и напряжение

Что называется напряжённостью электрического поля и электрическим напряжением? В каких единицах измеряется каждая величина?
Напряжённость (Е) — силовая характеристика поля, измеряется в В/м. Напряжение (U) — работа по перемещению заряда, измеряется в В.

3. Диэлектрическая проницаемость

Два заряда, находящиеся на некотором расстоянии в вакууме, действуют друг на друга с силой 1·10⁻⁴ Н, а в жидкости – с силой 5·10⁻⁵ Н. Чему равна относительная диэлектрическая проницаемость жидкости?
ε = F₁/F₂ = (1·10⁻⁴)/(5·10⁻⁵) = 2.

4. Расчёт напряжённости и силы

К двум параллельным пластинам приложено напряжение 220 В. Определить напряжённость электрического поля Е в средней его части, если расстояние между пластинами в этой области поля 1 мм. Чему равна сила, действующая в этой области поля на частицу с зарядом 10⁻⁶ Кл?
E = U/d = 220/0,001 = 220 000 В/м. F = q·E = 10⁻⁶·220000 = 0,22 Н.

5. Потенциал электрического поля

Приведите определение потенциала. Напряжение между разомкнутыми выводами генератора 115 В. Определить потенциалы выводов при: а) заземлении вывода «+»; б) заземлении вывода «–».
Потенциал — энергетическая характеристика поля. а) φ₊ = 0 В, φ₋ = –115 В. б) φ₋ = 0 В, φ₊ = +115 В.

6. Расчёт напряжений и расстояний

Определить напряжение между точками А и С, если напряжение между точками А и В равно 120 В, а между С и В – 180 В. Найти расстояние между точками А и В, находящимися в поле напряжённостью 200 В/м.
U_AC = U_AB + U_BC = 120 + 180 = 300 В (при согласном направлении). d = U/E = 120/200 = 0,6 м.

7. Поляризация диэлектриков

В чем заключается явление поляризации диэлектриков? Что называется электрическим моментом диполя, как его определить?
Поляризация — смещение связанных зарядов в диэлектрике под действием поля. Момент диполя: p = q·l, где l — расстояние между зарядами.

8. Электрическая прочность изоляции

Что называется электрической прочностью изоляции, в каких единицах она измеряется?
Максимальная напряжённость, которую выдерживает изоляция без пробоя. Единица: В/м или кВ/мм.

9. Виды пробоя диэлектриков

В чем заключается отличие электрического пробоя от теплового?
Электрический пробой — лавинное разрушение из-за ударной ионизации. Тепловой пробой — разрушение из-за перегрева.

10. Расчёт толщины изоляции

Электрическая прочность слюды 50·10³ кВ/м. При какой толщине она не будет пробита, если допускаемое напряжение на пробой должно быть в 2 раза меньше пробивного, а к слюде приложено напряжение 10 000 В?
Пробивное = E·d. Допустимое = пробивное/2. d = (2·U_доп)/E = (2·10000)/(50·10⁶) = 0,0004 м = 0,4 мм.

11. Элементы электрической цепи

Из каких элементов состоит электрическая цепь? Каковы её основные свойства?
Элементы: источник, приёмники, провода, выключатели. Свойства: замкнутость, проводимость, возможность передачи энергии.

12. Определение электрического тока

Какое явление называется электрическим током?
Упорядоченное движение заряженных частиц.

13. Ток проводимости и поляризации

В чем отличие тока проводимости и тока поляризации?
Ток проводимости — движение свободных зарядов. Ток поляризации — смещение связанных зарядов (в диэлектриках).

14. Схема цепи с лампами

Приведите схему электрической цепи, содержащей три лампы, включённые параллельно; источник электрического тока; три выключателя для ламп и автоматический выключатель для отключения всей цепи.
(Описание) Параллельно источнику подключены три лампы, каждая со своим выключателем. Общий автоматический выключатель перед лампами.

15. Расчёт ЭДС и напряжения

В последовательной цепи проходит ток 5 А через внутреннее сопротивление 0,2 Ом и внешнее сопротивление 2,8 Ом. Чему равны ЭДС источника и напряжение на его выводах?
E = I·(R+r) = 5·(2,8+0,2) = 15 В. U = I·R = 5·2,8 = 14 В.

16. Сравнение источников питания

Имеются два источника с внутренними сопротивлениями 0,1 и 0,8 Ом. К каждому из них присоединили сопротивление нагрузки 10 Ом, через которое проходит ток. ЭДС обоих источников одинаковы и равны 20 В. В каком источнике напряжение на внешнем сопротивлении будет больше?
U = E – I·r, I = E/(R+r). Для r=0,1: I≈1,98 А, U≈19,8 В. Для r=0,8: I≈1,85 А, U≈18,5 В. Больше в первом источнике.

17. Закон Ома

Закон Ома: а) для всей цепи; б) для участка цепи; в) для источника с коротким замыканием.
а) I = E/(R+r). б) I = U/R. в) I = E/r (ток короткого замыкания).

18. Линейные и нелинейные резисторы

В чем заключается различие линейного и нелинейного резисторов?
У линейного R = const, ВАХ — прямая. У нелинейного R зависит от тока или напряжения.

19. Расчёт стоимости электроэнергии

Показания счётчика электрической энергии, установленного в квартире, в начале месяца составили 3876,5 кВт·ч; в конце месяца – 3966,7 кВт·ч. Стоимость одного кВт·ч равна 1 рубль 99 копеек. Определить месячную стоимость израсходованной электроэнергии.
Расход = 3966,7 – 3876,5 = 90,2 кВт·ч. Стоимость = 90,2·1,99 ≈ 179,5 руб.

20. Расчёт сопротивления нагрузки

При изменении сопротивления нагрузки на 100 Ом ток в цепи уменьшился на 10 мА. Определить первоначальное сопротивление нагрузки, если она подключена к источнику ЭДС 20 В и внутренним сопротивлением 50 Ом.
I₁ = 20/(R+50), I₂ = 20/(R+150). I₁ – I₂ = 0,01. Решение: R ≈ 100 Ом.

21. Параллельное соединение резисторов

Пять резисторов сопротивлением 15; 10; 3; 2; 1 Ом соединили параллельно. Чему равно общее сопротивление цепи? Чему равен ток в третьем резисторе, если к цепи приложено напряжение 60 В?
1/R = 1/15+1/10+1/3+1/2+1/1 = 2. R = 0,5 Ом. I₃ = U/R₃ = 60/3 = 20 А.

22. Последовательное соединение резисторов

Три резистора 15; 10 и 5 Ом соединили последовательно и включили в цепь с напряжением 120 В. Чему равна мощность, потребляемая сопротивлениями? Какое напряжение приложено к третьему резистору?
R = 15+10+5 = 30 Ом. P = U²/R = 120²/30 = 480 Вт. U₃ = 120·(5/30) = 20 В.

23. Режимы работы цепи

Какие режимы работы электрической цепи вам известны?
Холостой ход, номинальный, короткое замыкание, согласованный.

24. Участки электрической цепи

Приведите определение участков схемы электрической цепи: узел, ветвь, контур.
Узел — соединение 3 и более ветвей. Ветвь — участок с одним током. Контур — замкнутый путь.

25. Законы Кирхгофа

Для схемы сложной электрической цепи, приведённой на рис.1, составить узловые и контурные уравнения, используя законы Кирхгофа.
(Без рисунка — общий вид: I₁+I₂=I₃; ΣE = ΣIR.)

26. Обнаружение магнитного поля

Как установить наличие магнитного поля в определённой точке пространства?
По действию на магнитную стрелку, проводник с током, ферромагнитный порошок.

27. Основные магнитные величины

Сформулируйте определение основных магнитных величин: индукции, магнитного потока, напряжённости, абсолютной магнитной проницаемости, относительной магнитной проницаемости, намагничивающей силы. В каких единицах они измеряются?
B (Тл) — индукция. Ф (Вб) — поток. H (А/м) — напряжённость. μ (Гн/м) — абсолютная проницаемость. μ_r — относительная. F (А) — НС.

28. Расчёт магнитного потока

Поперечное сечение магнитопровода 5·10⁻⁴ м², а магнитная индукция в нём 1,2 Тл. Чему равен магнитный поток в магнитопроводе?
Ф = B·S = 1,2·5·10⁻⁴ = 6·10⁻⁴ Вб.

29. Закон Ампера

В чем заключается закон Ампера? Напишите его математическое выражение.
F = B·I·L·sinα. На проводник с током в магнитном поле действует сила.

30. Индуктивность катушки

Приведите определение собственной индуктивности и взаимной индуктивности катушки. Что оценивает собой индуктивность катушки?
L — способность создавать поток при токе. M — влияние одной катушки на другую. L оценивает энергию магнитного поля.

31. Взаимная индуктивность и связь

В каком случае имеет место взаимная индуктивность? Что показывает коэффициент магнитной связи между обмотками?
Возникает при изменении тока в соседней катушке. Коэффициент связи k = M/√(L₁L₂) показывает степень магнитной связи.

32. Расчёт коэффициента связи (вариант 1)

Определите коэффициент магнитной связи между обмотками с индуктивностями 2 и 12,5 мГн, если при их последовательном соединении и одинаковых направлениях токов эквивалентная индуктивность 17 мГн.
k = (L_посл – L₁ – L₂)/(2√(L₁L₂)) = (17-2-12,5)/(2·√(2·12,5)) = 2,5/(2·5) = 0,25.

33. Расчёт коэффициента связи (вариант 2)

Определите коэффициент магнитной связи между обмотками с индуктивностями 4·10⁻² и 10⁻² Гн. Их взаимная индуктивность 5 мГн.
k = M/√(L₁L₂) = 0,005/√(0,04·0,01) = 0,005/0,02 = 0,25.

34. Электромагнитная сила

Как определить электромагнитную силу, действующую на проводник с током, находящийся в магнитном поле?
F = B·I·L·sinα.

35. Правило левой руки

Что можно определить на основании правила левой руки? Дайте трактовку этого закона.
Определяет направление силы. Если линии поля входят в ладонь, ток направлен по пальцам, то отставленный большой палец укажет направление силы.

36. Расчёт магнитной индукции

По проводнику обмотки двигателя проходит ток 20 А. При этом на проводник действует сила 1 Н, а длина проводника 20 см. Чему равна магнитная индукция поля?
B = F/(I·L) = 1/(20·0,2) = 0,25 Тл.

37. Взаимодействие проводников с током

Напишите формулу, определяющую силу взаимодействия двух параллельных проводников с токами.
F = (μ₀·I₁·I₂·L)/(2π·d).

38. Расчёт расстояния между проводниками

По двум параллельным проводникам длиной 20 м протекают токи 1000 А. На каком расстоянии друг от друга нужно разместить проводники, чтобы действующие на них силы не превышали 10 Н?
d = (μ₀·I₁·I₂·L)/(2π·F) = (4π·10⁻⁷·1000·1000·20)/(2π·10) = 0,4 м.

39. Энергия магнитного поля

Определите энергию, заключённую в магнитном поле.
W = (L·I²)/2 = (Ф·I)/2 = (B²·V)/(2μ).

40. Свойства ферромагнетиков

Почему у ферромагнитных материалов при воздействии на них даже слабого внешнего магнитного поля внутреннее магнитное поле возрастает в сотни и тысячи раз?
Из-за самопроизвольной намагниченности доменов, которые ориентируются по полю.

41. Гистерезис и перемагничивание

Поясните процесс перемагничивания ферромагнитного материала и связанное с ним явление гистерезиса.
Отставание индукции от напряжённости при перемагничивании. Петля гистерезиса — замкнутая кривая B(H).

42. Закон полного тока

Как формулируется закон полного тока? Поясните, каким образом на его основе рассчитывают магнитную цепь. Какие величины определяют в результате расчета магнитной цепи?
∮H·dl = ΣI. По нему рассчитывают магнитную цепь, определяют H, Ф, В, НС.

43. Электромагнитная индукция

В чем заключается явление электромагнитной индукции? Напишите формулу для определения ЭДС, наведенной в проводнике и контуре. Почему в формуле для ЭДС в контуре стоит знак минус?
Возникновение ЭДС при изменении магнитного потока. E = –dФ/dt. Минус — по правилу Ленца.

44. Закон Ленца

Сформулируйте закон Ленца для определения направления наведенной ЭДС.
Индукционный ток направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызвавшей.

45. Самоиндукция

Поясните явление самоиндукции. Какая формула определяет ЭДС самоиндукции?
Возникновение ЭДС в катушке при изменении её собственного тока. E = –L·(dI/dt).

46. Параметры переменного тока

Поясните основные параметры переменного тока: период, частота, амплитуда, фаза, начальная фаза.
T (с) — период. f (Гц) — частота. Im (А) — амплитуда. Фаза — аргумент синуса. Начальная фаза — фаза при t=0.

47. Получение синусоидальной ЭДС

Поясните процесс получения синусоидальной ЭДС с помощью простейшего генератора переменного тока.
Вращение рамки в магнитном поле. E = B·S·ω·sin(ωt).

48. Действующее значение напряжения

В паспорте электродвигателя указано значение напряжения 380 В. К какому значению относится это напряжение: мгновенному, амплитудному, действующему?
Действующему.

49. Амплитудное значение напряжения

Вольтметр, включённый в цепь переменного тока, показал 220 В. Каково наибольшее возможное значение напряжения в такой цепи?
Um = U·√2 = 220·1,41 ≈ 311 В.

50. Анализ уравнений тока и напряжения

Выражения для мгновенных значений напряжения и тока в цепи имеют вид: u = √2·220·sin(628t + π/4); i = √2·10·sin(628t – π/6). Чему равны действующие значения напряжения и тока, частота тока, период, начальные фазы и угол сдвига фаз?
U = 220 В, I = 10 А. ω=628 ⇒ f=100 Гц, T=0,01 с. ψu=45°, ψi=–30°. φ=75°.

51. Активное сопротивление в цепи переменного тока

Начертите графики тока, напряжения, мощности и векторную диаграмму цепи с активным сопротивлением. Какой вид имеет закон Ома для такой цепи?
Ток и напряжение совпадают по фазе. Закон Ома: I = U/R.

52. Треугольники параметров цепи с R, L, C

Начертите треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей для неразветвлённой цепи с R, L и С.
Напряжений: U = √(U_R² + (U_L – U_C)²). Сопротивлений: Z = √(R² + (X_L – X_C)²). Мощностей: S = √(P² + (Q_L – Q_C)²).

53. Резонанс напряжений

В чем заключается явление резонанса напряжений? Его последствия?
X_L = X_C, U_L = U_C, Z = R. Ток максимален. Последствия: перенапряжение на L и C.

54. Ёмкостное сопротивление

Конденсатор ёмкостью 10 мкФ включили сначала в цепь с частотой 50 Гц, а затем частоту тока увеличили до 400 Гц. Чему равно его ёмкостное сопротивление в первом и втором случаях?
X_C = 1/(2πfC). При 50 Гц: X_C ≈ 318 Ом. При 400 Гц: X_C ≈ 39,8 Ом.

55. Резонанс токов

При каких условиях в цепи наступает резонанс токов? Каковы последствия резонанса токов? По какому прибору можно установить наступление резонанса токов?
X_L = X_C (при параллельном соединении). I_L = I_C, общий ток минимален. По амперметру в общей цепи (минимум показаний).

56. Коэффициент мощности

Первое предприятие имеет коэффициент мощности 0,9, а второе 0,6. Какое предприятие лучше использует потребляемую полную мощность?
cosφ=0,9 — лучше, так как меньше реактивной мощности.

57. Повышение коэффициента мощности

Почему установка конденсаторов на подстанции приводит к увеличению коэффициента мощности?
Конденсаторы генерируют реактивную мощность, компенсируя индуктивную нагрузку.

58. Преимущества трёхфазных цепей

Почему в настоящее время трёхфазные цепи получили повсеместное распространение?
Экономичность передачи энергии, простота получения вращающегося поля, два уровня напряжения.

59. Получение трёхфазной системы ЭДС

Поясните методику получения трёхфазной симметричной системы ЭДС.
Три одинаковые обмотки, сдвинутые на 120°, вращаются в магнитном поле.

60. Связанные и несвязанные системы

Чем отличается несвязанная и связанная трёхфазные системы?
Несвязанная — 6 проводов. Связанная (звезда/треугольник) — 3 или 4 провода.

61. Стандартные напряжения

Какие стандартные напряжения в трёхфазных цепях вам известны?
220/127 В, 380/220 В, 660/380 В — линейное/фазное.

62. Расчёт при соединении звездой и треугольником

К трёхфазной цепи с линейным напряжением 380 В присоединили симметричную нагрузку, активное сопротивление которой в каждой фазе 4 Ом, а индуктивное 3 Ом. Определить фазные токи и напряжения при соединении нагрузки звездой и треугольником.
Z_ф = √(4²+3²)=5 Ом. Звезда: U_ф = 380/√3≈220 В, I_ф = 220/5=44 А. Треугольник: U_ф = 380 В, I_ф = 380/5=76 А.

63. Четырёхпроводная система «звезда»

Начертите четырёхпроводную систему при соединении обмоток генератора звездой и покажите фазные и линейные напряжения. Каково соотношение между этими величинами?
U_л = √3·U_ф, I_л = I_ф.

64. Соединение генератора треугольником

Начертите схему соединения обмоток генератора треугольником и покажите фазные ЭДС и линейные напряжения.
U_л = U_ф, I_л = √3·I_ф.

65. Несимметричная нагрузка в сети

В трёхфазную четырёхпроводную сеть включена несимметричная нагрузка: в фазу А включили активное сопротивление R_A = 10 Ом; в фазу В – индуктивное сопротивление X_В = 8 Ом и активное R_В = 6 Ом; в фазу С – ёмкостное сопротивление X_С = 5 Ом. Линейное напряжение сети 380 В. Определить линейные токи; начертить в масштабе векторную диаграмму цепи, из которой графически найти ток в нулевом проводе.
(Для точного расчёта нужна векторная диаграмма. Ток в нулевом проводе — геометрическая сумма фазных токов.)

66. Векторная диаграмма при треугольнике

Начертите векторную диаграмму напряжений и токов при соединении в треугольник симметричной трёхфазной активно-индуктивной нагрузки.
Токи отстают от напряжений на угол φ. Линейные токи — геометрическая разность фазных.

67. Сумма линейных токов

Чему равна геометрическая сумма линейных токов в симметричной трёхфазной цепи при соединении потребителей звездой или треугольником? Ответ поясните с помощью векторной диаграммы.
Для симметричной нагрузки сумма линейных токов равна 0 (векторная сумма).

68. Аварийные режимы в трёхфазных цепях

Какие аварийные режимы в трёхфазных цепях вам известны?
Обрыв фазы, короткое замыкание фазы, обрыв нулевого провода, перекос фаз.

69. Аварии при соединении звездой

Симметричная нагрузка мощностью 2,5 кВт в каждой фазе присоединена звездой к трёхфазной сети с линейным напряжением 220 В. Определите токи и напряжения на нагрузке в двух случаях: а) при коротком замыкании одной фазы; б) при отключении одной фазы.
а) КЗ фазы: напряжение на других фазах станет 380 В. б) Обрыв фазы: две оставшиеся фазы — последовательно на 380 В (по 190 В каждая).

70. Цветовая маркировка резисторов

Напишите возможные варианты расчётов мощности резисторов по их цветовой маркировке.
Кольца обозначают цифры, множитель и точность. Пример: красный-фиолетовый-коричневый = 27·10¹ = 270 Ом. Мощность — по типоразмеру корпуса.

71. Метод контурных токов

Расчёт электрической цепи методом контурных токов. Построение эквивалентных схем.
Вводят контурные токи. Составляют уравнения по II закону Кирхгофа. Решают систему.

72. Метод узловых потенциалов

Расчёт электрических цепей методом узловых уравнений. Построение эквивалентных схем.
Принимают потенциал одного узла = 0. Составляют уравнения по I закону Кирхгофа. Находят потенциалы.

73. Надёжность электроснабжения

Категории надёжности электроснабжения. Влияние категорийности электроснабжения на инфраструктуры города.
I — недопустим перерыв. II — допустим перерыв на время включения резерва. III — допустим перерыв до 1 суток.

74. Передача электрической энергии

Передача электроэнергии от источника до потребителя. Нарисовать структурную схему передачи электроэнергии и пояснить её.
Структура: Генератор → Трансформатор (повышающий) → ЛЭП → Трансформатор (понижающий) → Потребитель.

75. Вольт-амперные характеристики

Вольт-амперная характеристика проводников. Условия построения графиков.
Для линейного резистора — прямая через 0. Для нелинейного — кривая. Строят по точкам, снимая показания при разных напряжениях.

Если нужны более подробные объяснения или расчёты по любому из пунктов — скажите.