Общие сведения об элементах цепи

Тема Основные законы, элементы и параметры электрических цепей

ПОЛИТОЛОГИЯ

Елена Павловна Пьяных

ПОЛИТОЛОГИЯ

Е.П. Пьяных

Екатеринбург

Конспект лекций для студентов

всех специальностей заочного отделения

Часть II

Редактор Е.А. Морозова

620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, УрГУПС

Редакционно-издательский отдел

Подписано в печать

Бумага писчая № 1 Формат 60*90 1/16 Усл. п. л. 3,4. Уч.-изд. л. 3,0.

Тираж 100 Цена договорная Заказ

Электрической цепью называется совокупность устройств, предназначенных для прохождения электрического тока. В общем случае электрическая цепь состоит из источников и приемников электрической энергии. Источниками электрической энергии являются гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы и другие устройства, в которых происходит процесс преобразования химической, тепловой, механической или другого вида энергии в электрическую. Приемниками электрической энергии или так называемой нагрузкой служат электрические лампы, электронагревательные приборы, двигатели и другие устройства, в которых электрическая энергия превращается в световую, тепловую, механическую. В теории электрических цепей различают активные и пассивные элементы. Активными элементами считаются источники электрической энергии: источники напряжения и источники тока. К пассивным элементам относятся активные сопротивления, индуктивности и емкости.

Электрический ток в проводящей среде есть упорядоченное движение электрических зарядов. Численно электрический ток определяется как скорость изменения заряда во времени и измеряется в амперах (A):

.

Электрический ток может быть постоянным или переменным, т.е. изменяющимся во времени. За положительное направление тока принимается движение положительных зарядов от плюса к минусу. Направление тока обычно выбирается произвольно и указывается стрелкой. Если в результате расчета тока, выполненного с учетом выбранного положительного направления, ток имеет знак плюс, то это означает, что его направление совпадает с выбранным положительным направлением. В противном случае, когда ток отрицателен, он направлен противоположно.

Пусть через активное сопротивление R течет ток I. Обозначим концы (зажимы) этого участка цифрами 1 и 2 (рис. 1.1).

Потенциал точки – это потенциальная энергия, которой обладает единичный заряд, помещенный в данную точку. Разность электрических потенциалов точек 1 и 2 представляет напряжение на данном участке цепи: , где - потенциалы точки 1 и 2.

Таким образом, напряжение – это энергия, которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2. Измеряется в вольтах (В).

Мгновенная мощность – это скорость поступления в цепь электрической энергии в данный момент времени. Мощность измеряется в ваттах (Вт).

,

где u – напряжение, i – ток.

Каждый источник электрической энергии характеризуется электродвижущей силой – ЭДС Это работа сторонних сил, присущих источнику, на перемещение единичного заряда внутри источника от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с большим.

Электрическая схема – это графическое изображение электрической цепи. На схеме источники электрической энергии могут быть представлены в виде источника ЭДС (рис. 1.2.) и в виде источника тока (рис. 1.3.).

Рис. 1.2 Рис. 1.3

Источник ЭДС – это элемент, напряжение между зажимами которого не зависит от величины тока, отдаваемого во внешнюю цепь. Внутреннее сопротивление идеального источника ЭДС равно нулю. Источник тока – элемент, ток которого не зависит от параметров цепи, которую он питает. Внутреннее сопротивление источника тока бесконечно велико. Внешняя характеристика источника тока представлена на рис. 1.4, а источника ЭДС на рис. 1.5.

Для отображения свойств реальных устройств, не являющихся источниками, вводят пассивные идеальные элементы: резистивные R, учитывающие необратимые преобразования электрической энергии в тепловую; индуктивные L, учитывающие накопление энергии в магнитном поле; емкостные С, учитывающие накопление энергии в электрическом поле. Резистивные элементы измеряются в омах (Ом), индуктивные в генри (Гн), емкостные в фарадах (Ф).

Рассмотрим взаимосвязи между напряжениями и токами, а также энергетические характеристики линейных пассивных элементов.

1. Резистивный элемент R (рис. 1.6)

;

;

.

2. Индуктивный элемент L (рис. 1.7)

; ; ,

где – энергия магнитного поля.

3. Емкостной элемент С (рис. 1.8)

; ; ,

где – энергия электрического поля.

В электрических цепях потребители электрической энергии могут быть представлены в виде линейных и нелинейных элементов. Линейные элементы характеризуются линейными характеристиками и их параметры R,L,C постоянны. В свою очередь, нелинейные элементы обладают нелинейными характеристиками и их параметры R,L,C непостоянны. На практике электрические цепи в основном нелинейные. В ряде случаев для упрощения анализа и расчета электрические цепи могут быть представлены в виде линейных цепей. В данном разделе мы будем рассматривать свойства и методы расчета линейных электрических цепей.

Дата добавления: 2014-01-06