Источники электрической энергии

Лекция №1.

В электронике существует два вида источников электроэнергии:

1.Источники ЭДС.

2.Источники тока.

Источник ЭДС обозначается на электрических схемах следующим схемным элементом:

Величина ЭДС обозначается буквой «Е» и задается в “вольтах”. Плюсовая клемма источника находится там, где стрелка, минусовая клемма – где хвост стрелки. Напряжение направленно от “+” к “-”, поэтому противоположно направлению ЭДС, которое

выбирается по направлению тока ЭДС, если к этому источнику подключена активная нагрузка:

У идеального ЭДС, напряжение на клеммах совпадает с величиной ЭДС и с напряжением на нагрузке.

Источники тока обозначаются на электрических схемах следующим знаком:

Величина источника тока обозначаются буквой “J” и задается в “амперах”. Направление тока I источника тока совпадает с направлением стрелок на значке источника и в идеале равна величине источника “J”.Напряжение на клеммах источника тока (), к которому подключена активная нагрузка ,

определяется по закону Ома и равна напряжению на нагрузке:

Запишем определение идеального источника ЭДС и идеального источника тока.

Идеальным источником ЭДС (источником напряжения) называется такой источник электрической энергии, напряжение на клеммах которого не зависит от подключенной к нему нагрузке.

Какую бы нагрузку мы бы не подключили, напряжение на клеммах источника, в идеале, остается неизменным. Однако идеальных источников ЭДС не существует. У реальных источников, при подключении мощной нагрузки наблюдается падение напряжения на клеммах, за счет внутреннего сопротивления ЭДС ().

Идеальным источником тока J называется такой источник электрической энергии, ток которого не зависит от подключенной к нему нагрузки.

Какую бы нагрузку мы не подключили, ток источника тока J, в идеале, остается неизменным. У реальных источников тока при увеличении ток уменьшается.

Приведем примерны реальных источников ЭДС и тока:

Реальными источниками ЭДС являются: гальванический элемент и батарея гальванических элементов, аккумулятор и аккумуляторная батарея, генератор постоянного и переменного тока, силовой трансформатор, бытовая и промышленная электросеть. Все эти источники обладают внутренним сопротивлением.

Теперь приведем примеры реальных источников тока:

Машина Резерфорда, сварочный аппарат, атомный источник тока. Сварочный аппарат можно считать источником тока очень условно, т.к. его характеристики далеки от идеальных, а вот машина Резерфорда и атомный источник тока – практически идеальны. У машины Резерфорда ток определяется скоростью электризации, а у атомного источника тока – интенсивностью “” излучения.

Машину Резерфорда мы все видели еще в школе, а вот про атомный источник тока нужно рассказать подробнее:

он представляет из себя металлическую камеру, внутри которой находится радиоактивный элемент, обладающий “” излучением.

Как вы знаете “” излучение – это поток быстрых электронов, которые покидая радиоактивный элемент, оседают на стенках камеры, создавая отрицательный заряд, а сам радиоактивный материал заряжается положительно. Ток такого источника определяется интенсивностью “” излучения и практически не зависит от сопротивления нагрузки.

Виды электротехнических устройств и цепей.

Все электротехнические устройства можно разбить на две группы:

1.Приемники электрической энергии

2.Источники электрической энергии.

Для описания работы реального электротехнического устройства или цепи используются эквивалентные схемы, или, как их еще называют – “схемы замещения”, в которых реальным элементам цепи ставятся в соответствие схемные элементы – условные графические изображения, описывающие реальные элементы цепей.

Бывают случаи, когда один реальный элемент описывается не одним, а несколькими схемными элементами: например реальный источник ЭДС описывается двумя схемными элементами: значок ЭДС и значок внутреннего сопротивления ЭДС.

Другой пример – это катушка индуктивности, которая изображается в виде сочетания двух схемных элементов, один из которых обозначается индуктивностью катушки, а другой – её внутреннее активное сопротивление, которое определяется омическим сопротивлением проводника из которого выполнена катушка.

Электрические цепи бывают линейные и нелинейные.

Электрическая цепь называется нелинейной если в нее входит хотя бы один нелинейный элемент.

Элемент электрической цепи называется нелинейным, если нелинейна его вольт - амперная характеристика, т.е. если этот элемент описывается нелинейными уравнениями.

Примерами нелинейных элементов могут служить такие источники ЭДС, как аккумуляторы, у которых внутреннее сопротивление меняется в зависимости от протекающего тока, что объясняется газовыделением, т.е. при больших токах поверхность пластин покрывается пузырьками газа, вследствие чего сопротивление увеличивается.

Другим примером нелинейных элементов служит обычная лампочка накаливания. Если снять ВАХ лампочки (см.рис), то эта зависимость будет нелинейна, объясняется это температурным изменением сопротивления спирали лампочки. При маленьких напряжениях сопротивление спирали низкое и ток возрастает быстро, при больших напряжениях сопротивление горячей спирали (3000С) значительно возрастает и ток меняется слабее.

Можно привести еще примеры нелинейных элементов: P - n переход из транзисторов, диодов, стабилитронов и интегральных микросхем, дуговая ртутная лампа (ДРЛ), которая широко применяется для уличного освещения, люминесцентная лампа (лампа дневного света), дроссели – катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками и т.д.

Бывают случаи когда сопротивления, индуктивности и емкости являются функциями времени. Такие элементы называются параметрическими.

Дата добавления: 2014-01-07