Общие сведения. Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом элементов, по которым может протекать электрический ток.Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом элементов, по которым может протекать электрический ток. Для протекания тока необходимы источники электрической энергии - источники напряжения (ЭДС) или тока. Электрическая цепь содержит также устройства, в которых энергия электрического тока преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую и т.д.). Эти устройства называются нагрузками. Для замыкания и размыкания цепей используют выключатели того или иного вида. Электрический ток есть направленное (упорядоченное) движение носителей зарядов. В проводниках носителями отрицательных зарядов являются электроны, в жидкостях (электролитах) носители положительных и отрицательных зарядов - ионы. В полупроводниках носителями отрицательных зарядов являются электроны, носителями положительных зарядов - дырки. Дырка представляет собой вакантное место в атоме полупроводника, незанятое электроном. Для поддержания электрического тока требуется обеспечивать разделение носителей отрицательных и положительных зарядов, что и происходит в источниках. Когда источник подключен к цепи, возникает направленное движение зарядов под действием сил притяжения разноименных и отталкивания одноименных зарядов, т.е. электрический ток. Ток, неизменный во времени, называют постоянным. Он обозначается символом I и равен количеству заряда Q,который пересекает сечение проводника за единицу времени t (1 секунду): I = Q/t.
Изображение электрической цепи с помощью условных обозначений называют электрической схемой соединений (рис. 1.1). Вне источника положительные носители заряда движутся от его положительного зажима (полюса) к отрицательному зажиму (полюсу). Направление движения отрицательных зарядов противоположно движению положительных зарядов. В качестве условного положительного направления тока принимается направление движения положительных зарядов. Это направление показывают на схеме стрелкой. Компонентным уравнением элемента электрической цепи называют функциональную зависимость между напряжением U на зажимах элемента и током I, т. е. U = f(I) или I = f (U). Закон Ома выражает математически соотношение между напряжением U,током I и сопротивлением R на пассивном участке электрической цепи. Взамкнутой цепи с постоянным сопротивлением ток изменяется пропорционально напряжению. Если при постоянном напряжении изменяется сопротивление, то ток изменяется обратно пропорционально сопротивлению. Резистор - это идеализированный элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрического сопротивления. Это диссипативный элемент, он не может накапливать энергию, а получив электрическую энергию, мгновенно и необратимо преобразовывает её в другие виды энергии: тепловую, световую и др. Таким образом, компонентное уравнение резистора - это закон Ома на участке цепи с резистором без источников энергии, т. е. или . Источник электрического напряжения (ИН) - это источник электрической энергии, характеризующийся электродвижущей силой Е и внутренним электрическим сопротивлением Rвт . Этот источник может находиться в режиме холостого хода или в номинальном режиме. Аварийным режимом источника может оказаться режим короткого замыкания. Еще один режим называется согласованным режимом, при котором нагрузка от источника получает максимальную мощность. Расчёт электрических цепей можно упростить путём преобразования (трансфигурации) схем этих цепей в более простые и удобные для расчёта. Такие преобразования приводят, как правило, к уменьшению числа ветвей и узлов схемы и, следовательно, необходимого числа исходных уравнений для расчёта. Ветвь с последовательно соединёнными резисторами может быть преобразована в простую схему с одним резистивным элементом, эквивалентное сопротивление которого равно сумме последовательно соединенных резисторов. Аналогично, если в ветви имеется несколько последовательно соединенных источников напряжения, их можно заменить эквивалентным источником, ЭДС которого равна алгебраической сумме ЭДС источников ветви. Правило делителя напряжения. Для ветви, состоящей их двух последовательно соединённых резисторов, напряжение на одном из резисторов ветви равно приложенному к ветви напряжению, умноженному на сопротивление данного резистора и делённому на сумму сопротивлений обоих резисторов. Параллельно соединённые резисторы можно заменить одним резистором, проводимость которого равна сумме проводимостей всех параллельно соединенных резисторов. Правило делителя тока: ток одной из двух параллельных ветвей цепи равен общему току I, умноженному на сопротивление другой (противоположной) ветви и делённому на сумму сопротивлений обеих ветвей.
|