Положительные направления тока и напряжения

Э.д.с., напряжения и токи в электрической цепи. Условные

Рассмотрим основные понятия, при помощи которых описываются процессы в цепях.

Электрический ток.

Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. Если такое движение происходит в проводнике, то электрический ток называют током проводимости. Ток проводимости представляет собой движение отрицательно заряженных частиц - электронов.

Электрическому току приписывается направление, за которое независимо от природы носителей электрического заряда, принято направление движения положительных зарядов. Это направление про­тивоположно направлению движения отрицательных зарядов (движению электронов в металлах).

Электрический ток может оказывать тепловое, химическое или магнитное действие, причем магнитное действие тока проявляется всегда.

Количественно ток определяется величиной скорости прохожде­ния заряда q через поперечное сечение проводника, т.е.

Ток в произвольный момент времени является скалярной величи­ной. В Международной системе единиц СИ ток измеряется в Амперах (А). При измерении и расчетах используются кратные и дольные еди­ницы:

1 мА = 10^-3 А

1 мкА = 10^-6 А

Пример: 1А = 10³ мА = 1000 мА;

20 мА = 20*10^-3 А = 0,02 А;

6 мкА = 6*10^-6 А.

Ток может быть постоянным, когда его величина и направление не изменяются во времени, и переменным, когда величина тока и его направление изменяются во времени.

Значение переменного тока в произвольный момент времени t называется мгновенным значением. Максимальное значение переменного тока называется амплитудным значением или амплитудой.

Обозначение:

I, I_П, I₌ - постоянный ток;

i(t) - переменный ток;

I_m - амплитуда тока.

О направлении тока судят по его знаку ("+" или "-"). Знак тока зависит от того, совпадает или не совпадает направление то­ка, т.е. направление движения положительных частиц, с так называемым условным положительным направлением тока.

Условное положительное направление тока при расчетах элект­рических цепей выбирается произвольно и указывается стрелкой, например:

Если в результате расчетов, выполненных с учетом выбранного положительного направления, ток имеет знак "+" (i > 0), то это значит, что действительное направление тока совпадает с выбранным направлением. В противном случае, когда ток отрицательный (i < 0), он направлен противоположно положительному направлению.

Напряжение.

Изобразим в виде прямоугольника некоторый участок электри­ческой цепи, через который протекает электрический ток, обозначив зажимы этого участка цифрами 1 и 2.

Известно, что ток по такому участку протекает в том случае, если между зажимами 1 и 2 существует разность потенциалов, кото­рая определяется работой по переносу положительного заряда из т.1 в т.2.

Ток всегда направлен от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом. Разность потенциалов точек 1 и 2 называет­ся напряжением или падением напряжения.

U = j₁ - j₂ или U₁₂ = j₁ - j₂.

Из сказанного ясно, что физический смысл имеет только раз­ность потенциалов или напряжению между двумя точками, т.к. работа по переносу зарядов определена только, когда заданы начало и конец пути переноса. Поэтому, когда говорится об электрическом напряжении, то необходимо иметь в виду две точки, между которыми существует напряжение. Т.о., когда говорится о напряжении в какой-либо точке, то всегда подразумевают разность потенциалов меж­ду этой точкой и другой, выбранной заранее. Этой точке, относи­тельно которой отсчитывают потенциалы других точек, условно приписывают потенциал, равный нулю.

Напряжение в произвольный момент времени, является скалярной величиной. В Международной системе единиц СИ напряжение измеряется в Вольтах (В). При измерении и расчетах используются кратные и дольные единицы:

1 кВ = 10³ В, 1 мВ = 10^-3 В, 1 мкВ = 10^-6 В.

Пример: 8 кВ = 8*10³ = 8000 В - напряжение на ЭЛТ осциллографа;

55 мкВ = 55*10^-6 В;

6,3 В = 6,3*10³ мВ = 6300 мВ.

Обозначение напряжения:

U₁, U_П, U₌ - постоянное напряжение;

u(t) - переменное напряжение;

U_m - амплитуда напряжения.

О направлении напряжения судят также по его знаку. Знак напряжения зависит от заранее выбранного условного положительного направления, которое обычно выбирают совпадающим с условным положительным направлением тока и показывают стрелкой как на приведенном рисунке или индексами у обозначения тока или напряжения. Так в соответствии с выбранным направлением напряжения, если j₁ > j₂, то напряжение положительно U₁₂ > 0, если j₁ < j₂, то напряже­ние отрицательно U₁₂ < 0 и в этом случае его действительное нап­равление будет от точки 2 к точке 1, т.е. U₂₁ = - U₁₂. Т.о., за действительное направление напряжения принимают направление от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом. При этом направления тока и напряжения совпадают.

Электродвижущая сила (ЭДС).

Для того, чтобы в замкнутой цепи протекал электрический ток, необходимо на отдельных участках цепи поддерживать постоянную разность потенциалов. Это обеспечивается путем включения в цепь источников электрической энергии, которые характеризуются элект­родвижущей силой (ЭДС). ЭДС определяется как работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда внутри источ­ника от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с большим потенциа­лом.

Величина ЭДС численно равна напряжению между зажимами источ­ника при разомкнутой внешней цепи.

ЭДС скалярная величина, направление которой совпадает с нап­равлением перемещения положительных зарядов внутри источника.

В Международной системе единиц ЭДС измеряется в Вольтах (В).

Обозначения ЭДС:

E, E_п, E₌ - постоянная ЭДС;

e(t) - переменная ЭДС;

E_m - амплитуда ЭДС.

Дата добавления: 2014-01-07