Замкнутая цепь схема. Электрическая цепь постоянного тока и ее характеристики

Самая простая электрическая цепь состоит из: источника тока, нагрузки и проводников. Смотри пример на рисунке ниже:

В состав более сложных электрических цепей могут входить и другие разнообразные элементы и приборы, например, устройства коммутации и защиты.

Как известно из предыдущих лекций, для требуется соединить две точки, одна из которых обладает избыток свободных электронов в сравнении с другой. Другими словами необходимо получить разность потенциалов или между этими двумя точками. Как раз для поучения в цепи напряжения и используется источник тока. Им в электрической цепи могут являться такие электротехнические приборы как генераторы, аккумуляторные или химические батареи и т.п.

Нагрузкой в электрической цепи является абсолютно любой потребитель энергии. Нагрузка оказывает какое-то сопротивление прохождению электрическому току и от номинала сопротивления нагрузки зависит и значение протекающего тока. Ток от источника напряжения к нагрузке следует по проводникам. В качестве проводников применяют материалы с наименьшим сопротивлением (медь, серебро, золото). Представляете, сколько будет стоить электрическая цепь с золотыми проводниками.

Все элементы электрической цепи можно условно поделить на две различные группы: пассивные элементы или резисторы и активные, источники электромагнитной энергии.

Резистор, он-же пассивный элемент, описывается величиной, называемой сопротивлением R . Иногда при расчете на практике применяют другую величину, обратное сопротивлению: его назвали проводимостью G

Сопротивление резистора R , напряжение на его зажимах U R и ток через резистор I R связаны между собой, в соответствии с для электрической цепи.

Под активными элементами понимают любые источники электрической энергии, такие как источники напряжения и тока.

Источник напряжения описывается в электротехнике двумя параметрами: величиной электродвижущей силы (ЭДС) Е и внутренним сопротивлением r .

Напряжение на зажимах источника напряжения отличается от величины ЭДС E на значение падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника. Для идеального случая, когда I = 0 , будет абсолютно верно U = E .

Источник тока, также описывается двумя этими же параметрами. На принципиальных схемах отображается следующим образом.

В некоторых случаях, при решении различных задач появляется необходимость трансформировать источник тока в источник напряжения. Эти вычисления легко можно реализовать с помощью формул.

В электротехники электрическая цепь в зависимости от вида соединения бывает: последовательной, параллельной и смешанной.

Последовательная электрическая цепь все элементы соединяются последовательно относительно друг друга, т.е конец первого устройства, с началом второго и т.д

При таком типе соединения ток может идти только одним путем от источника к нагрузке, поэтому общий ток, равен току в каждом участке ЭЦ:

I общ = I 1 =I 2 =I 3

Падение напряжения на всем участке цепи определяется суммой падений напряжений, на каждом участке цепи:

E = U 1 +U 2 +U 3

В Параллельная электрическая цепь , это когда все начальные и конечные выводы ЭЦ соединены вместе, смотри рисунок:

При таком варианте включения схемы у тока есть три вариантра маршрута, а общий ток вычисляется из суммы токов отдельных участков цепи, в данном случае трех:

I общ =I 1 +I 2 +I 3

Падение напряжения на всех отдельных элементах будет равно приложенному напряжению к о всей цепи:

E=U 1 =U 2 =U 3

Последовательно-параллельная электрическая цепь На самом деле в ней нет ничего сложного, и она состоит всего лишь из комбинации двух рассмотренных выше вариантов:

Сопротивление - это свойство любого материала препятствовать направленному движению потока свободных носителей заряда - электронов., т.е создавать сопротивление протеканию электрического тока.

К простым относятся ЭЦ, которые имеют в своем составе либо один источник, либо несколько, но находящихся в одной ветви ЭЦ.

Первая схема содержит один источник питания, поэтому точно относится к простым цепям. Вторая имеет два источника, но они расположены в одной ветви.

В первой схеме: Сначала осуществляют упрощение схемы последовательно преобразуя все пассивные компоненты ЭЦ в одно эквивалентное сопротивление. Для этого требуется выделить участок схемы, на которых сопротивления соединены последовательно или параллельно, и по рассмотренным выше формулам заменить их эквивалентными сопротивлениями. ЭЦ постепенно упрощают и подводят к наличию в цепи одного эквивалентного резистора.

Во втором варианте подобную процедуру осуществляют с активными элементами(источниками тока). По аналогии с предыдущим абзацем упрощаем до тех пор, пока не получим в схеме всего один эквивалентный источник напряжения.

В итоге мы должны получить простую ЭЦ следующего вида:

Теперь необходимо использовать закон Ома и фактически вычислить значение тока протекающего через источник электрической энергии.

Теперь поэтапно полученную эквивалентную схему преобразовывают к первоначальному виду. После каждого обратного преобразования схемы применяют законы Ома и Кирхгофа определяют токи и напряжения на каждом участке цепи. По окончании преобразования получаем полный расчет электрической цепи.

Пример 1:

Электрическая цепь – совокупность устройств (элементов), предназначенных для направленного движения электрических зарядов (электрического тока) и связанных с ним электромагнитных процессов .

Электрическая цепь служит для генерирования, передачи и преобразования электрической (электромагнитной) энергии и сигналов.

Основные элементы электрической цепи – источники, приемники и линии передачи.

Источник электрической энергии и сигналов – устройство, преобразующее различные виды энергии неэлектромагнитной природы в электромагнитную (гальванический элемент, аккумулятор, электромеханический генератор).

Приемник электрической энергии и электрических сигналов – устройство, преобразующее электрическую энергию в другие виды энергии (электротермические устройства, электрические лампы, резисторы, электрические двигатели).

Линия передачи электрической энергии и электрических сигналов – проводники (материалы, среды, имеющие свободные заряды) и электромагнитные поля, с помощью которых осуществляется передача электрической энергии и сигналов от источников к приемникам.

Кроме того, элементами электрической цепи могут быть преобразовательные, коммутационные и измерительные устройства (приборы).

Преобразователь электрической энергии – устройство, преобразующее параметры (напряжение, ток, их форму, величину, частоту) электромагнитной энергии (трансформаторы, выпрямители, инверторы, преобразователь частоты).

Коммутационные устройства предназначены для изменения режима работы электрической цепи: отключение и включение источников, приемников, изменения параметров участков цепи. Это контакторы, переключатели, выключатели, разъединители.

Измерительные устройства – приборы для измерения различных параметров электромагнитных процессов, протекающих в электрической цепи (амперметры, вольтметры, ваттметры и т.д.).

Схема электрической цепи – графическое изображение электрической цепи, содержащее условные изображения ее элементов и показывающее соединение этих элементов.

ЕСКД «Обозначения условные графические в схемах». ГОСТ 2.721-74 – 2.758-81.

Приемники, источники:

–элемент гальванический;

–лампа накаливания;

–генератор постоянного тока электромеханического типа;

–резистор;

–потенциометр;

–реостат;

–катушка индуктивности;

–конденсатор.

Коммутационные устройства:

–нормально разомкнутый контакт;

–нормально замкнутый контакт;

–переключающий контакт.

Показывающие приборы (A, V, W):

Преобразовательные устройства:

–воздушный трансформатор;

–диодный мост (двухполупериодный выпрямитель);

–инвертор.

Принципиальная схема электрической цепи – схема электрической цепи, изображающая соединение реальных элементов этой цепи .

Пример. Простейшая электрическая цепь – гальванический элемент, соединенный с лампой накаливания через выключатель с помощью соединительных проводов. Для измерения напряжения и тока в цепь включены вольтметр и амперметр.

Функциональная (структурная, блок-схема) – схема электрической цепи, изображающая соединение отдельных блоков сложной электрической цепи, выполняющих определенные функции (усиление, выпрямление, инвертирование т.д.)

Двухполюсник – часть электрической цепи, которая рассматривается относительно двух каких-либо зажимов .

Четырехполюсник – часть электрической цепи, имеющая два входных и два выходных зажима.

Активная цепь – часть электрической цепи, в которой действуют источники электрической энергии.

Пассивная цепь – часть электрической цепи, в которой нет источника электрической энергии.

Схема замещения электрической цепи

Ни функциональная, ни принципиальная схемы электрических цепей не отражают количественную сторону электромагнитных процессов, которые имеют место в элементах цепи и которые определяют режим работы этой цепи независимо от конструкции и физической природы этих элементов.

Схема замещения (расчетная математическая модель, эквивалентная)электрической цепи –схема электрической цепи, изображающая соединения абстрактных, идеальных элементов, с достаточным приближением отображающих электромагнитные процессы в электрической цепи.

В теории электрических цепей реальные элементы, из которых составляется электрическая цепь, заменяются абстрактными идеальными элементами с определенными свойствами.

Какие же это элементы? И какие электромагнитные процессы они отражают?

Электрическая цепь — основы электротехники

Основа основ в электромонтажных работах, электротехнике, электромеханике присутствует такое понятие — электрическая цепь. Приветствую вас, дорогой читатель. Разговор пойдет о цепи, да еще и электрической. Цепь в моем понимании это что-то взаимосвязанное, скованное, единое.

Электрическая — значит, связь происходит с помощью электрической энергии. Делаем вывод: электрическая цепь представляет собой комплекс механизмов и устройств, образующих путь для электрического тока, подчиненного понятиям об электродвижущей силе, токе и напряжении.

Из чего состоит электрическая цепь?

Давайте вместе разберемся в составе электрической цепи. Как я уже говорил, цепь это что-то взаимосвязанное, причем электричеством. Что можно связать током? Конечно, это источник питания (генератор, аккумулятор), проводник (провода , кабеля , устройства, обеспечивающие уровень и качество напряжения) приемник питания (двигатель). Короче, электрическую цепь, я бы разделил на три группы: первая группа — элементы, предназначенные для выработки электроэнергии; вторая группа — элементы, предназначенные для передачи электричества от источника питания до электроприемника; третья группа — элементы, преобразующие электроэнергию в другие виды энергии (тепловую, световую, механическую).

Участок электрической цепи, вдоль которого протекает один и тот же ток, называется ветвью. Место соединения ветвей электроцепи называется узлом. На электросхемах узел обозначается точкой. Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром электрической цепи. Простейшая электрическая цепь имеет одноконтурную схему, сложные — несколько контуров.

Режимы работы

Элементами электроцепи являются различные электротехнические устройства, которые могут работать в различных режимах. Режимы работы, как отдельных элементов, так и всей электрической цепи характеризуются значениями тока и напряжения. Поскольку ток и напряжение в общем случае могут принимать любые значения, то режимов может быть бесчисленное множество.

Напоследок: самыми распространенными и простыми типами соединений в электрической цепи являются последовательное и параллельное соединение.

Ну вот, в принципе, всё, что сегодня я хотел вам поведать об одном из терминов электротехники — электрическая цепь . Буду рад вас видеть вновь на моем сайте . Много полезного, связанного с электромонтажными работами и электротехникой вы можете найти на . Пишите комментарии, всего доброго.

Реальная электрическая цепь - совокупность устройств , предназначенных для передачи, распределения и преобразования энергии. Содержит источники электрической энергии, приемники электрической энергии, измерительные приборы, коммутационную аппаратуру, соединительные линии и провода. Электрическая цепь представляет собой совокупность связанных определенным образом , потребителей (или соответственно активных и пассивных элементов) и преобразователей электрической энергии. Цепь называют пассивной , если она состоит только из пассивных элементов, и активной , если в ней также содержатся активные элементы.

Источником электрической энергии называют элемент электрической цепи, осуществляющий преобразование энергии неэлектрического вида в электрическую. Потребителем электрической энергии называют элемент электрической цепи, преобразующий электрическую энергию в неэлектрическую. Преобразователем электрической энергии называют устройство, изменяющее величину и форму электрической энергии.

Для того чтобы выполнить расчет, необходимо каждое электротехническое устройство представить его схемой замещения . Схема замещения электрической цепи состоит из совокупности идеализированных элементов(резистор, конденсатор, катушка индуктивности).

Напряжение:

Зависимость между током и напряжением на элементе цепи называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) элемента, которая обычно изображается графически.

В качестве потребителя в теории электрических цепей постоянного тока выступает резистор, характеризующийся сопротивлением (R), для которого справедлив закон Ома:

Идеализированный источник тока – это элемент цепи, ток которого не зависит от напряжения и является заданной постоянной величиной.

У реального источника тока с ростом напряжения вырабатываемый ток уменьшается. Любой реальный источник тока может быть приведен к идеализированному следующим образом:

Объединив эти две формулы, получаем:

Для противодействующего источника тока

Объединенная форма обобщенного закона Ома для ветвей, содержащих источник тока:

Где верхний знак соответствуют схеме, на которой U J и J сонаправлены.

Структура электрической цепи.

К структурным или топологическим свойствам цепи относятся такие ее особенности, которые не связаны с характеристиками входящих в нее активных и пассивных элементов. К ним относятся следующие понятия: ветвь, узел, контур.

Ветвью электрической цепи называют участок, элементы которого включены последовательно друг за другом и обтекаются одним и тем же током.

Узлом электрической цепи называют место соединения нескольких ветвей. Узел связывает не менее трех ветвей и является точкой разветвления.

Ветви считаются соединенными последовательно, если они обтекаются одним и тем же током. Ветви считаются соединенными параллельно, если они присоединены к одной и той же паре узлов.

Контуром электрической цепи называется совокупность следующих друг за другом ветвей. Узлы, в которых эти ветви соединяются, являются точками разветвления. При обходе замкнутого контура начальная и конечная точки совпадают.
Цепь, в которой отсутствуют разветвления, называют одноконтурной, при наличии разветвлений – многоконтурной. Многоконтурная цепь характеризуется числом независимых контуров. Совокупность независимых контуров определяется тем, что каждый из последующих контуров, начиная от элементарного, отличается по меньшей мере одной новой ветвью. Число независимых контуров может быть определено по формуле Эйлера:

При параллельном соединении роль эквивалентной проводимости (или проводимости эквивалентного потребителя) играет сумма проводимостей всех потребителей (рис. 1.12.).

9-10) Эквивалентное преобразование «Звезда – треугольник»

В узлах a , b , c и треугольник, и звезда на рис. 1.14. соединяются с остальной частью схемы. Преобразование треугольника в звезду должно быть таковым, чтобы при одинаковых значениях потенциалов одноименных точек треугольника и звезды притекающие к этим точкам токи были одинаковы, тогда вся внешняя схема «не заметит» произведенной замены.

Выразим U ab треугольника через параметры потребителей и притекающие к этим узлам токи. Запишем уравнения Кирхгофа для контура и узлов a и b.

Заменим в первом уравнении токи I 3 и I 2 на соответствующие выражения:

Теперь получим выражение для этого же напряжения при соединении потребителей звездой:

Таким образом , сопротивление луча звезды равно произведению сопротивлений прилегающих сторон треугольника, деленному на сумму сопротивлений трех сторон треугольника.

Формулы обратного преобразования можно вывести независимо, либо как следствие соотношений через проводимости:

Или через сопротивления:

11) Баланс мощности.

Согласно закону Джоуля-Ленца, вся электрическая энергия, сообщаемая проводнику в результате работы сил электрического поля, превращается в тепловую энергию:

По обобщенному закону Ома.

Отсюда следует закон сохранения энергии, согласно которому алгебраическая сумма мощностей, подводимых ко всем ветвям разветвленной электрической цепи, равна нулю:

Существует еще одна форма записи баланса мощности:

В левой части суммируются мощности источников энергии, а в правой – мощности, преобразованные в потребителях в тепло. Мощности , отдающих энергию, берутся со знаком «+», а работающих в режиме потребителей – со знаком «–».

12) Расчет неразветвленных электрических цепей

Основой расчета одноконтурных (неразветвленных) электрических цепей, содержащих источники обоих видов и потребители, служат рассмотренные ранее законы Ома и Кирхгофа.

Если в цепи нет источников тока, а параметры потребителей ( R) и источников напряжения (Е ) заданы, то задача обычно состоит в определении тока контура. Положительное направление искомого тока выбирается произвольно и составляется уравнение:

Если в цепи, кроме потребителе ( R ) и источников ЭДС (E ), имеется источник тока (J ), то задача обычно сводится к определению напряжения на источнике тока U J , т.к. ток контура I совпадает с заданным током источника J. Положительная полярность U J выбирается произвольно, но предпочтительно у острия стрелки ставить знак «+» (такой полярности соответствует формула: ). Истинная полярность U J совпадает с выбранной, если при расчете U J выражается положительным числом, и противоположна выбранной, если U J . Искомое падение напряжения на источнике тока U J при отсутствии источников ЭДС определяется по формуле .

13) Метод пропорциональных величин.

В ветви наиболее удаленной от источника (R 6) задаются некоторым значением тока или напряжения. Для удобства расчетов обычно это 1А или 1В. Затем перемещаясь к началу цепи определяют поочередно токи и напряжения всех ветвей вплоть до ветви , содержащей источник. Тем самым определяют какие напряжение U вх и ток I в х . должен иметь источник для того, чтобы вызвать во всех ветвях токи и напряжения вычисленных значений. Если ЭДС (Е ) или задающий ток (J ) с этими значениями не совпадают, то необходимо пропорционально изменить вычисленные значения токов и напряжений ветвей путем умножениях их на отношение или .

I 3 можно определить по I закону Кирхгофа:

U 24 определяем по II закону Кирхгофа:

14) Метод эквивалентных преобразований. Формула токов в параллельных ветвях.

Разветвленную цепь с одним источником обычно упрощают, преобразуя в неразветвленную.

Дальнейший расчет: .

Ток I 3 определяется по закону Кирхгофа:

При расчетах удобно пользоваться формулой о токах в двух параллельных пассивных ветвях . Выведем ее на примере схемы. Напряжение по закону Ома определяется по формуле

15) Метод уравнений Кирхгофа.

Обозначить токи ветвей и произвольно выбрать их положительное направление.
Произвольно выбрать опорный узел и совокупность p = m – n + 1 независимых контуров.
Для всех узлов, кроме опорного, составить уравнения по I закону Кирхгофа. Таких уравнений должно быть (n – 1).
Для каждого выбранного контура составить уравнения по II закону Кирхгофа. Таких уравнений должно быть p .
Система m уравнений Кирхгофа с m неизвестными токами решается совместно и определяются численные значения токов.
Если необходимо, рассчитать с помощью обобщенного закона Ома напряжения ветвей или разность потенциалов узлов.
Проверить правильность расчета с помощью баланса мощности.

Если в цепи есть q источников тока и контуры выбирать таким образом, чтобы каждый источник тока вошел только в один контур, то количество уравнений по II закону Кирхгофа можно уменьшить до m – n + 1 – q.

16)Метод Контурных Токов

За искомые принимают контурные токи. Число неизвестных в этом методе равно числу уравнений, которые необходимо было бы составить для схемы по II закону Кирхгофа, т.е. . Основан на II законе Кирхгофа
По найденным контурным токам при помощи I закона Кирхгофа определяются токи ветвей.

Таким образом , методика расчета цепи постоянного тока методом контурных токов следующая:

Произвольно выбрать совокупность p независимых контуров, нанести на схему положительное направление контурных токов, протекающих в выбранных контурах.
Определить собственные, общие сопротивления и контурные ЭДС и подставить их в систему уравнений вида.

Общее сопротивление контура (R ij = R ji ) представляет собой алгебраическую сумму сопротивлений потребителей ветви (нескольких ветвей), одновременно принадлежащих i -ому и j -ому контурам. В эту сумму сопротивление входит со знаком «+», если контурные токи протекают через данное сопротивление в одном направлении (согласно), и знак «–», если они протекают встречно.

Собственное сопротивление контура (R ii ) представляет собой арифметическую сумму сопротивлений всех потребителей, находящихся в i -ом контуре.

Контурные ЭДС представляют собой алгебраическую сумму ЭДС источников, входящих в контур. Со знаком «+» в эту сумму входят ЭДС источников, действующих согласно с обходом контура, со знаком «–» входят ЭДС источников, действующих встречно.

Разрешить полученную систему уравнений относительно контурных токов, используя метод Крамера.

Определить токи ветвей через контурные токи по I закону Кирхгофа.
Проверить правильность расчетов при помощи баланса мощности.

Если в цепи содержится q источников тока, количество совместно рассматриваемых уравнений сокращается на q и становится равным р – q , поскольку токи в таких ветвях известны Необходимо, чтобы каждый источник тока входил только в один контур.

17) Метод узловых потенциалов.

В том случае, когда п- 1 – количество узлов, p – количество независимых контуров), данный метод более экономичен, чем метод контурных токов. Выводится из первого закона Кирхгофа и обобщенному закону Ома(через потенциалы).

Обозначить все токи ветвей и их положительное направление.
Произвольно выбрать опорный узел (? n ) и пронумеровать все остальные (n- 1)-e узлы.
Определить собственные и общие проводимости узлов, а также узловые токи, т.е. рассчитать коэффициенты в системе уравнений.

Собственная проводимость узла (G ii ) представляет собой арифметическую сумму проводимостей всех ветвей, соединенных в i -ом узле.

Общая проводимость i-ого и j-ого узлов (G ij = G ji ) представляет собой взятую со знаком «–» сумму проводимостей ветвей, присоединенных одновременно к i- ому и j- ому узлам.

Проводимости ветвей с источниками тока полагаются равными нулю и в собственные и общие проводимости не входят!

Узловой ток (J ii ) состоит из двух алгебраических сумм: первая содержит токи источников тока, содержащиеся в ветвях, соединенных в i - ом узле; вторая представляет собой произведение ЭДС источников напряжения на проводимости соответствующих ветвей, соединенных в i - ом узле. Со знаком «+» в эту сумму входят E и J источников, действие

В электротехнике рассматривается устройство и принцип действия основных электротехнических устройств, используемых в быту и промышленности. Чтобы электротехническое устройство работало, должна быть создана электрическая цепь, задача которой передать электрическую энергию этому устройству и обеспечить ему требуемый режим работы.

Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, ЭДС (электродвижущая сила) и электрическом напряжении.

ЭДС - величина, характеризующая источник энергии неэлектростатической природы в электрической цепи, необходимый для поддержания в ней электрического тока. Эдс численно равна работе по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутой цепи. Полная эдс в цепи постоянного тока равна разности потенциалов на концах разомкнутой цепи. В СИ измеряется в вольтах.

«Электрический ток – это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц – электронов » правильно только для электрического тока в вакууме, а точнее - электровакуумных приборах.

Альтернативой классическому понятию Электрического тока в проводнике является дипольная атомарная модель. При воздействии энергии источника электрического тока, все диполи атомов проводника поворачиваются, ориентируясь своими одноимёнными полюсами в одном направлении, обеспечивающем мгновенную (со скоростью света), передачу энергии на противоположный конец проводника.
Тогда определение электрического тока для проводников будет выглядеть так:
«Электрический ток – это способность атомов проводника осуществлять перенос электрических зарядов, путём магнитной ориентации под воздействием энергии источника электрического тока ».
Не понятно, что является носителем электрического заряда? Ведь диполи, не перемещаются вдоль проводника, они лишь ориентируются по магнитному полю, поворачиваясь на месте. А заряд это свойство материальных тел и в свою очередь без носителя существовать не может.
А носителя энергии, перемещающегося по проводнику на самом деле и нет! Энергия перемещается в виде фотонов – точечных электромагнитных колебаний имеющих чёткую геометрическую форму и поляризацию. Так как фотон не имеет массу, он способен двигаться со скоростью света – подобно радиосигналу, поскольку и свет, и радиосигнал – это тоже поток фотонов. При этом, двигаясь с такой огромной скоростью он, при отсутствии массы способен резко (без инерции) менять своё направление. Если это движение доверить электронам, то они «пробивали» бы металлы, разрушая их на молекулярном уровне, подобно мелкому космическому «мусору», вращающемуся на космической скорости на околоземных орбитах, и периодически выводящему из строя дорогие космические аппараты, «прошивая» обшивку аппаратов насквозь. Кстати, в электровакуумных приборах, где носителями энергии действительно выступают электроны, такое явление наблюдается.

Электрическое напряжение (электрический потенциал) измеряется прибором называемым Вольтметром - разность потенциалов, которая заставляет течь ток, измеряется в Вольтах (В). Так же, как для тока, для увеличения диапазона обозначений, существуют кратные приставки: (микро - микровольт (мкВ), мили – милливольт (мВ), кило – киловольт (кВ), мега – мегавольт (МВ).

Для анализа и расчета электрическая цепь графически представляется в виде электрической схемы, содержащей условные обозначения ее элементов и способы их соединения. Электрическая схема простейшей электрической цепи, обеспечивающей работу осветительной аппаратуры, представлена на рис. 1.1.

Все устройства и объекты, входящие в состав электрической цепи, могут быть разделены на три группы:

1) Источники электрической энергии (питания).

Общим свойством всех источников питания является преобразование какого-либо вида энергии в электрическую. Источники, в которых происходит преобразование неэлектрической энергии в электрическую, называются первичными источниками. Вторичные источники – это такие источники, у которых и на входе, и на выходе – электрическая энергия (например, выпрямительные устройства).

2) Потребители электрической энергии.

Общим свойством всех потребителей является преобразование электроэнергии в другие виды энергии (например, нагревательный прибор). Иногда потребители называют нагрузкой.

3) Вспомогательные элементы цепи: соединительные провода, коммутационная аппаратура, аппаратура защиты, измерительные приборы и т.д., без которых реальная цепь не работает.

Все элементы цепи охвачены одним электромагнитным процессом.

В электрической схеме на рис. 1.1 электрическая энергия от источника ЭДС E, обладающего внутренним сопротивлением r 0 , с помощью вспомогательных элементов цепи передаются через регулировочный реостат R к потребителям (нагрузке): электрическим лампочкам EL 1 и EL 2 .

Основные понятия и определения для электрической цепи

Для расчета и анализа реальная электрическая цепь представляется графически в виде расчетной электрической схемы (схемы замещения). В этой схеме реальные элементы цепи изображаются условными обозначениями, причем вспомогательные элементы цепи обычно не изображаются, а если сопротивление соединительных проводов намного меньше сопротивления других элементов цепи, его не учитывают. Источник питания показывается как источник ЭДС E с внутренним сопротивлением r 0 , реальные потребители электрической энергии постоянного тока заменяются их электрическими параметрами: активными сопротивлениями R 1 , R 2 ,…,R n . С помощью сопротивления R учитывают способность реального элемента цепи необратимо преобразовывать электроэнергию в другие виды, например, тепловую или лучистую.

При этих условиях схема на рис. 1.1 может быть представлена в виде расчетной электрической схемы (рис. 1.2), в которой есть источник питания с ЭДС E и внутренним сопротивлением r 0 , а потребители электрической энергии: регулировочный реостат R, электрические лампочки EL 1 и EL 2 заменены активными сопротивлениями R,R 1 и R 2 .

Источник ЭДС на электрической схеме (рис. 1.2) может быть заменен источником напряжения U, причем условное положительное направление напряжения U источника задается противоположным направлению ЭДС.

При расчете в схеме электрической цепи выделяют несколько основных элементов.

Ветвь электрической цепи (схемы) – участок цепи с одним и тем же током. Ветвь может состоять из одного или нескольких последовательно соединенных элементов. Схема на рис. 1.2 имеет три ветви: ветвь bma, в которую включены элементы r 0 ,E,R и в которой возникает ток I; ветвь ab с элементом R 1 и током I 1 ; ветвь anb с элементом R 2 и током I 2 .

Узел электрической цепи (схемы) – место соединения трех и более ветвей. В схеме на рис. 1.2 – два узла a и b. Ветви, присоединенные к одной паре узлов, называют параллельными. Сопротивления R 1 и R 2 (рис. 1.2) находятся в параллельных ветвях.

Контур – любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям. В схеме на рис. 1.2 можно выделить три контура: I – bmab; II – anba; III – manbm, на схеме стрелкой показывают направление обхода контура.

Условные положительные направления ЭДС источников питания, токов во всех ветвях, напряжений между узлами и на зажимах элементов цепи необходимо задать для правильной записи уравнений, описывающих процессы в электрической цепи или ее элементах. На схеме (рис. 1.2) стрелками укажем положительные направления ЭДС, напряжений и токов:

а) для ЭДС источников – произвольно, но при этом следует учитывать, что полюс (зажим источника), к которому направлена стрелка, имеет более высокий потенциал по отношению к другому полюсу;

б) для токов в ветвях, содержащих источники ЭДС – совпадающими с направлением ЭДС; во всех других ветвях произвольно;

в) для напряжений – совпадающими с направлением тока в ветви или элемента цепи.

Все электрические цепи делятся на линейные и нелинейные.

Элемент электрической цепи, параметры которого (сопротивление и др.) не зависят от тока в нем, называют линейным, например электропечь.

Нелинейный элемент, например лампа накаливания, имеет сопротивление, величина которого увеличивается при повышении напряжения, а следовательно и тока, подводимого к лампочке.

Следовательно, в линейной электрической цепи все элементы – линейные, а нелинейной называют электрическую цепь, содержащую хотя бы один нелинейный элемент.