Введение. Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом источников электрической энергии и нагрузок

Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом источников электрической энергии и нагрузок, по которым может протекать электрический ток. В рассматриваемых цепях предполагается линейная (пропорциональная) связь между электродвижущими силами и электрическими токами, которая может быть описана линейными алгебраическими или дифференциальными уравнениями. В цепях с сосре­доточенными параметрами такие элементы как индуктивность, емкость, сопротивление, являются конструктивно обособленными элементами.

Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой. На схемах, изображающих цепи с сосредоточенными параметрами, источники электрической энергии, индуктивности, емкости, сопротивления представляются в виде идеальных элементов с двумя выводами (двухполюсников). Соединяя между собой соответствующим образом эти идеальные элементы, получают схему электрической цепи, которая приближенно отражает электромагнитные процессы в каком-либо устройстве. Основными понятиями, характеризующими геометрию электрической цепи, можно назвать:

ветвь – участок цепи, имеющий два вывода;

узел – точка, где сходятся более двух ветвей;

контур – замкнутый путь, проходящий через ряд ветвей и узлов.

При решении задач приходится пользоваться фундаментальными понятиями и терминами теории электрических цепей, такими как электрический ток, электродвижущая сила, потенциал, напряжение, сопротивление, проводимость. Имеет смысл напомнить содержание этих понятий.

Электрический ток есть упорядоченное движение электрических зарядов. Величина тока (сила тока) есть количество зарядов, протекающих через сечение проводника в единицу времени:

( в системе СИ кулон / с = ампер).

Движение зарядов в электрической цепи вынуждается действием электродвижущей силы (э.д.с.). Прибор, обладающий электродвижущей силой, называется источником э.д.с. Электродвижущая сила способна осуществить определенную работу по преобразованию электрической энергии, имеющейся в источнике, в другой вид энергии (тепловой, механической, световой и т. д.), если к источнику э.д.с. подключить цепь. Если на перемещение заряда в 1 кулон от одного полюса источника к другому требуется энергия 1 джоуль, в системе СИ э.д.с. равна одному вольту:

( в системе СИ джоуль / кулон = вольт).

Электрический ток, проходя по элементам цепи, вызывает в них выделение энергии. Для определения энергии, затрачиваемой на перемещение заряда между какими-либо двумя точками цепи, вводят понятие напряжения:

( в системе СИ джоуль / кулон = вольт).

Аналогично э.д.с. напряжение измеряется в вольтах.

Естественно, сумма напряжений на всех элементах цепи равна электродвижущей силе источника. В общем случае можно записать:

(второй закон Кирхгофа).

Между напряжениями и токами цепи, где действует э.д.с., устанавливается определенное соотношение (закон Ома):

U = R × I.

Коэффициент пропорциональности R означает сопротивление, оказы­ва­емое движению зарядов элементом цепи. Если при прохождении тока в один ампер напряжение на элементе составляет один вольт, в системе СИ сопротивление элемента равно одному ому.

Изложение материала в методическом пособии построено по принципу «от простого к более сложному, от частного к общему» и начинается с электрических цепей постоянного тока.

Дата добавления: 2014-12-24