Занимательная физика. Электрические цепи : манга
Занимательная физика: Электрические цепи в формате манги
Эта книга, представленная в формате образовательной манги, предназначена для тех, кто только начинает изучать электротехнику, в частности, теорию электрических цепей. Автор стремится сделать процесс обучения увлекательным, используя сюжет с двумя персонажами из параллельного мира, Фьюзом и Космо, которые сталкиваются с различными задачами, связанными с электричеством.
Основные понятия и принципы
Книга начинается с введения в основы электричества, объясняя природу электрического заряда, строение атома и движение электронов. Рассматриваются различные проявления электричества, включая тепловое, магнитное и химическое действия тока. Далее подробно рассматриваются электрические цепи постоянного тока, начиная с последовательных и параллельных цепей. Ключевым элементом является закон Ома, который объясняет взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Вводятся понятия эквивалентных схем и правил Кирхгофа, которые являются основой для анализа более сложных цепей.
Цепи переменного тока и их особенности
Следующий раздел посвящен цепям переменного тока. Рассматривается явление электромагнитной индукции, синусоидальный переменный ток, а также понятия среднего и действующего значений тока. Подробно объясняются векторы и комплексные числа, необходимые для понимания разности фаз, возникающей в цепях переменного тока. Рассматриваются полное сопротивление и полная проводимость, а также мощность переменного тока и ее составляющие: активная и реактивная мощность.
Трёхфазный переменный ток и его преимущества
Отдельное внимание уделяется трёхфазному переменному току, его преимуществам и способам подключения (звезда и треугольник). Объясняется, как использовать векторы для анализа трёхфазных цепей, а также рассматриваются вопросы мощности в трёхфазных системах.
Электрогенерация и электропередача
В заключительной части книги рассматриваются вопросы электрогенерации и электропередачи. Обсуждаются различные типы электростанций, включая тепловые, гидроэлектростанции, атомные, а также возобновляемые источники энергии, такие как ветровые и солнечные. Рассматриваются вопросы передачи электроэнергии на большие расстояния, включая использование трансформаторов и линий электропередачи.
Дополнительные темы и материалы
В книге также представлены дополнительные материалы, такие как резонансные цепи, теорема об активном двухполюснике, а также различные практические термины и обозначения, используемые в электротехнике. В целом, книга представляет собой доступное и увлекательное введение в теорию электрических цепей, которое будет полезно для школьников, студентов и всех, кто интересуется физикой и электротехникой.
Текст подготовлен языковой моделью и может содержать неточности.
Занимательная физика Электрические цепи Манга
О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н А Я М АН ГА ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ Иида Ёсикадзу Ямада Гарэки Перевод с японского Клионского А.Б. Москва ДМК Пресс, 2023 2-е издание, электронное
УДК 621.3.011.7 ББК 31.211 Е83 Е83 Ёсикадзу, Иида. Занимательная физика. Электрические цепи : манга / Ёсикадзу Иида (автор), Ямада Гарэки (худож.) ; пер. с яп. А. Б. Клионского. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 242 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — (Образовательная манга). — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный. ISBN 978-5-89818-421-6 Эта книга написана с целью дать возможность читателям, приступающим к изучению электрических цепей получить радость от этого процесса. В книге парочка персонажей из параллельного мира — Фьюз и Космо, постепенно узнают много нового, бросая вызов задачам с использованием электрических цепей: от постоянного и переменного тока до генерации и передачи электроэнергии. Автор стремится к тому, чтобы читатели, сопереживая этим героям и испытывая вместе с ними удовольствие от решения задач, тоже не уступали им, а повышали свой уровень мастерства. Цель книги — заинтересовать школьников, студентов и просто любителей физики изучить теорию электрических цепей. Эти базовые знания дадут толчок к дальнейшему пониманию мира электротехники, умных сетей электроснабжения и космической энергетики. УДК 621.3.011.7 ББК 31.211 Электронное издание на основе печатного издания: Занимательная физика. Электрические цепи : манга / Ёсикадзу Иида (автор), Ямада Гарэки (худож.) ; пер. с яп. А. Б. Клионского. — Москва : ДМК Пресс, 2016. — 240 с. — (Образовательная манга). — ISBN 978-5-97060-163-1. — Текст : непосредственный. Издательство выражает благодарность В. О. Панфилову Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть воспроизведена в любой форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографирование, ксерокопирование или иные средства копирования или сохранения информации, без письменного разрешения издательства. В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации. ISBN 978-5-89818-421-6 © 2010 by Yoshikazu Iida and Pulse Creative House Co., Ltd. © Перевод, оформление, издание, ДМК Пресс, 2016
ПРЕДИСЛОВИЕ Теорию электрических цепей можно назвать первым трудным препятствием, которое преграждает путь начинающим изучение электротехники. Если не научиться разбираться в них, будет очень трудно понять последующие темы — электрогенерацию, электропередачу, электронные схемы и т. д. Однако пытающихся освоить электрические цепи, наверное, часто смущает обилие математических выкладок и формул. Эта книга написана с целью дать возможность читателям, приступающим к изучению электрических цепей получить радость от этого процесса. В книге парочка персонажей из параллельного мира — Фьюз и Космо, постепенно узнают много нового, бросая вызов задачам с использованием электрических цепей: от постоянного и переменного тока до генерации и передачи электроэнергии. Мне хотелось бы, чтобы читатели, сопереживая этим героям и испытывая вместе с ними удовольствие от решения задач, тоже не уступали им, а повышали свой уровень мастерства. Как специалист по электротехнике, я буду рад, если как можно больше читателей глубоко поймут теорию электрических цепей и ещё сильнее заинтересуются ей. А затем, превзойдя это первое препятствие, попытаются войти в мир электротехники, умных сетей электроснабжения и космической энергетики. В заключение хочу здесь выразить искреннюю благодарность г-ну Ямада Гарэки, нарисовавшему мангу, сотрудникам компании Pulse Creative House, а также всем сотрудникам и заинтересованным лицам отдела разработок издательства Ohmsha, давшим мне возможность написать эту книгу. Иида Ёсикадзу Февраль 2010 V
СОДЕРжанИЕ Глава 1. ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО? 1. Природа электричества ....................................................10 Атомное ядро и электроны..................................................................................19 Электростатическая индукция ............................................................................19 2. Проявления электричества ................................................21 Глава 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1. Последовательная цепь ....................................................28 Схема соединений (монтажная) и принципиальная схема ....................39 2. Параллельная цепь ........................................................40 3. Закон Ома ...................................................................41 Основа основ - «закон Ома» ...............................................................................41 Принципиальная схема и её расчёт ...............................................................42 Лекция 1 мастера Ёта. Общее сопротивление ...........................................43 4. Эквивалентные схемы ......................................................56 Лекция 2 мастера Ёта. Расчёт эквивалентных схем .................................58 5. Правила Кирхгофа .........................................................60 Фундамент теории электрических цепей ......................................................60 Дополнительная информация ................................................73 Электрическая энергия (электроэнергия) .....................................................73 Электрическая проводимость............................................................................73 Мост Уитстона .........................................................................................................73 Теорема наложения .............................................................................................. 74 Глава 3. ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1. Электромагнитная индукция ...............................................76 2. Синусоидальный переменный ток ........................................81 VI
3. Среднее и действующее значения тока ..................................83 Смысл действующего значения........................................................................93 Расчёт действующего значения ........................................................................94 Определение действующего значения ..........................................................94 Лекция 3 мастера Ёта. О векторах и комплексных числах ...............100 4. Полное сопротивление и полная проводимость ..................... 101 Индуктивность ........................................................................................................113 Индуктивное сопротивление ............................................................................115 Электрическая ёмкость .......................................................................................117 Ёмкостное сопротивление ................................................................................118 5. Векторы и разность фаз .................................................. 121 6. Мощность пере менного тока ............................................ 135 Как выразить мощность переменного тока? ............................................... 145 Связь между мощностью, полным сопротивлением и коэффициентом мощности ................................................................................................................ 148 Векторное выражение мощности ................................................................... 149 Лекция 4 мастера Ёта. Мощность переменного тока .............................151 Дополнительная информация .............................................. 157 Резонансные цепи ................................................................................................157 Теорема об активном двухполюснике (теорема ТевененаГельмгольца*) .......................................................................................................157 Глава 4. ЦЕПИ ТРЁХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1. Выгоды трёхфазного переменного тока ............................... 162 Причина использования трёхфазного переменного тока ....................164 2. Подключение трёхфазного переменного тока ........................ 165 Звёзды и многоугольники ................................................................................ 165 3. Изучаем трёхфазный переменный ток с помощью векторов ........ 166 Оператор поворота .............................................................................................. 166 Почему проводов три? ....................................................................................... 167 4. Трёхфазный переменный ток при соединении фаз звездой и треугольником .......................................................... 168 Соединение фаз «звездой» и «треугольником» ....................................... 168 Соединения «звезда-звезда» и «звезда-треугольник» ........................... 169 VII
Очень просто! Соединение фаз источника «треугольником» ............. 179 5. Мощность трёхфазного тока .......................................... 181 Лекция 5 мастера Хиудзу. Трёхфазный переменный ток ...................188 Дополнительная информация .............................................. 194 Вращающееся магнитное поле ....................................................................... 194 Инвертор .................................................................................................................. 196 Глава 5. ЭЛЕКТРОГЕНЕРАЦИЯ И ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧА Лекция 6 мастера Ёта. Электрогенерация и электропередача ......... 202 Дополнительная информация .............................................. 209 Умные сети электроснабжения ...................................................................... 209 Технология передачи электроэнергии на сверхвысоких частотах .. 210 Технология сверхпроводимости .................................................................... 210 Системы космической солнечной электрогенерации ............................211 Электрогенерация термоядерного синтеза ................................................. 212 Топливные элементы ......................................................................................... 213 Солнечная электрогенерация .......................................................................... 213 Ветровая электрогенерация ............................................................................. 214 Тепловой насос .................................................................................................... 215 Светодиодное освещение.................................................................................. 215 Интернет по линиям электропередач .......................................................... 215 Основные понятия ............................................................................................... 217 Лекция 7 мастера Ёта. Термины теории электрических цепей ....... 217 Основные понятия ......................................................................................... 217 Практические термины ............................................................................... 218 Символы греческого алфавита ................................................................. 219 Единицы измерения, используемые для электрических цепей ..220 Обозначения, используемые на электрических схемах ................. 221 Эпилог ........................................................ 223 Предметный указатель ...................................... 228 VIII
Может быть, я тоже смогу стать знаменитостью? И созданная мной игра будет хорошо продаваться? Сайко, сделай так, чтобы данные скачивались на мой компьютер тоже. Всё готово. Поняла. Итак, если удастся поймать эту частицу, то начнётся эпоха новой энергетики. Некий уНиверситет Профессор электротехники Масуда Ёта Профессор электротехники Масуда Сайко Лаборатория 1
Итак, приступим! Установка сверхвысокого вакуума работает. Энергия вакуума детектируется. Температура панели растёт. Всё идёт как надо. Сайко, начинай скачивать данные. Пошло! Панель поймала энергию! Начало термоэлектронной эмиссии... Инвертор включён. Начало генерации переменного тока... Щёлк Скр, скр Вуиии 2