Замкнута ланцюг схема. Електричне коло постійного струму і її характеристики
найпростіша електричний ланцюг складається з: джерела струму, навантаження і провідників. Дивись приклад на малюнку нижче:
До складу більш складних електричних ланцюгів можуть входити і інші різноманітні елементи й прилади, наприклад, пристрої комутації і захисту.
Як відомо з попередніх лекцій, для потрібно з'єднати дві точки, одна з яких має надлишок вільних електронів в порівнянні з іншого. Іншими словами необхідно отримати різницю потенціалів або між цими двома точками. Якраз для повчання в ланцюзі напруги і використовується джерело струму. Їм в електричному ланцюзі можуть бути такі електротехнічні прилади як генератори, акумуляторні або хімічні батареї і т.п.
Навантаженням в електричному ланцюзі є абсолютно будь-який споживач енергії. Навантаження надає якийсь опір проходженню електричного струму і від номіналу опору навантаження залежить і значення струму, що протікає. Струм від джерела напруги до навантаження слід по провідникам. В якості провідників застосовують матеріали з найменшим опором (мідь, срібло, золото). Уявляєте, скільки буде коштувати електричний ланцюг з золотими провідниками.
Всі елементи електричного кола можна умовно поділити на дві різні групи: пасивні елементи або резистори і активні, джерела електромагнітної енергії.
Резистор, он-же пасивний елемент, описується величиною, званої опором R. Іноді при розрахунку на практиці застосовують іншу величину, зворотну опору: його назвали провідністю G
опір резистора R, Напруга на його затискачах U R і струм через резистор I R пов'язані між собою, відповідно до для електричного кола.
Під активними елементами розуміють будь-які джерела електричної енергії, Такі як джерела напруги і струму.
Джерело напруги описується в електротехніці двома параметрами: величиною електрорушійної сили (ЕРС) Е і внутрішнім опором r.
Напруга на затискачах джерела напруги відрізняється від величини ЕРС E на значення падіння напруги на внутрішньому опорі джерела. Для ідеального випадку, коли I \u003d 0, Буде абсолютно вірно U \u003d E.
Джерело струму, також описується двома цими ж параметрами. на принципових схемах відображається наступним чином.
У деяких випадках, при вирішенні різних завдань з'являється необхідність трансформувати джерело струму в джерело напруги. Ці обчислення легко можна реалізувати за допомогою формул.
У електротехніки електричний ланцюг в залежності від виду з'єднання буває: послідовної, паралельної і змішаної.
Послідовна електричний ланцюг всі елементи з'єднуються послідовно відносно один одного, тобто кінець першого пристрою, з початком другого і т.д
При такому типі з'єднання струм може йти тільки одним шляхом від джерела до навантаження, тому загальний струм, дорівнює току в кожній ділянці ЕЦ:
I заг \u003d I 1 \u003d I 2 \u003d I 3
Падіння напруги на всій ділянці ланцюга визначається сумою падінь напруг, на кожній дільниці ланцюга:
E \u003d U 1 + U 2 + U 3
В Паралельна електричний ланцюг , Це коли все початкові і кінцеві висновки ЕЦ пов'язані один з одним, дивися малюнок:
При такому варіанті включення схеми у струму є три варіантра маршруту, а загальний струм обчислюється з суми струмів окремих ділянок ланцюга, в даному випадку трьох:
I заг \u003d I 1 + I 2 + I 3Падіння напруги на всіх окремих елементах дорівнюватиме прикладеній напрузі до про всьому ланцюгу:
E \u003d U 1 \u003d U 2 \u003d U 3Послідовно-паралельна електричний ланцюг Насправді в ній немає нічого складного, і вона складається всього лише з комбінації двох розглянутих вище варіантів:
Опір - це властивість будь-якого матеріалу перешкоджати направленого руху потоку вільних носіїв заряду - електронів., Тобто створювати опір протіканню електричного струму.
До простих належать ЕЦ, які мають в своєму складі або одне джерело, або декілька, але знаходяться в одній гілці ЕЦ.
Перша схема містить одне джерело живлення, тому точно відноситься до простим ланцюгах. Друга має два джерела, але вони розташовані в одній гілці.
У першій схемі: Спочатку здійснюють спрощення схеми послідовно перетворюючи все пасивні компоненти ЕЦ в одне еквівалентний опір. Для цього потрібно виділити ділянку схеми, на яких опору з'єднані послідовно або паралельно, і за розглянутими вище формулами замінити їх еквівалентними опорами. ЕЦ поступово спрощують і підводять до наявності в ланцюзі одного еквівалентного резистора.
У другому варіанті подібну процедуру здійснюють з активними елементами (джерелами струму). За аналогією з попереднім абзацом спрощуємо до тих пір, поки не отримаємо в схемі всього один еквівалентний джерело напруги.
У підсумку ми повинні отримати просту ЕЦ такого вигляду:
Тепер необхідно використовувати закон Ома і фактично обчислити значення струму що протікає через джерело електричної енергії.
Тепер поетапно отриману еквівалентну схему перетворюють до первісного вигляду. Після кожного зворотного перетворення схеми застосовують закони Ома і Кірхгофа визначають струми і напруги на кожній ділянці ланцюга. Після закінчення перетворення отримуємо повний розрахунок електричного кола.
Приклад 1:
Електричний ланцюг – сукупність пристроїв (Елементів), призначених для спрямованого руху електричних зарядів (Електричного струму) і пов'язаних з ним електромагнітних процесів.
Електричний ланцюг служить для генерування, передачі і перетворення електричної (електромагнітної) енергії і сигналів.
Основні елементи електричного кола - джерела, приймачі і лінії передачі.
Джерело електричної енергії і сигналів – пристрій, що перетворює різні види енергії неелектромагнітной природи в електромагнітну (Гальванічний елемент, акумулятор, електромеханічний генератор).
Приймач електричної енергії та електричних сигналів – пристрій, що перетворює електричну енергію в інші види енергії (Електротермічні пристрої, електричні лампи, резистори, електричні двигуни).
Лінія передачі електричної енергії та електричних сигналів - провідники (матеріали, середовища, що мають вільні заряди) і електромагнітні поля, за допомогою яких здійснюється передача електричної енергії і сигналів від джерел до приймачів.
Крім того, елементами електричного кола можуть бути перетворюючі, комутаційні і вимірювальні пристрої (прилади).
Перетворювач електричної енергії – пристрій, що перетворює параметри (Напруга, струм, їх форму, величину, частоту) електромагнітної енергії (Трансформатори, випрямлячі, інвертори, перетворювач частоти).
комутаційні пристрої призначені для зміни режиму роботи електричного кола: відключення і включення джерел, приймачів, зміни параметрів ділянок ланцюга. Це контактори, перемикачі, вимикачі, роз'єднувачі.
вимірювальні пристрої – прилади для вимірювання різних параметрів електромагнітних процесів, що протікають в електричному ланцюзі (Амперметри, вольтметри, ватметри і т.д.).
Схема електричного кола – графічне зображення електричного кола, що містить умовні зображення її елементів і показує з'єднання цих елементів.
ЕСКД «Позначення умовні графічні в схемах». ГОСТ 2.721-74 - 2.758-81.
Приймачі, джерела:
-Елемент гальванічний;
-лампа розжарювання;
-генератори постійного струму електромеханічного типу;
-резістор;
-потенціометр;
-реостат;
-котушка індуктивності;
-конденсатор.
Комутаційні пристрої:
-нормально розімкнутий контакт;
-нормально замкнутий контакт;
-переключающій контакт.
показують прилади (A, V, W):
Преобразовательниє пристрої:
-повітряний трансформатор;
-діодний міст (двухполуперіодний випрямляч);
-інвертор.
Принципова схема електричного кола – схема електричного кола, що зображує з'єднання реальних елементів цього ланцюга.
Приклад. Найпростіша електричний ланцюг - гальванічний елемент, з'єднаний з лампою розжарювання через вимикач за допомогою сполучних проводів. Для вимірювання напруги і струму в ланцюг включені вольтметр і амперметр.
функціональна (Структурна, блок-схема) - схема електричного кола, що зображує з'єднання окремих блоків складної електричного кола, що виконують певні функції (Посилення, випрямлення, інвертування т.д.)
двухполюсник– частина електричного кола, яка розглядається щодо двох будь-яких затискачів.
чотириполюсник – частина електричного кола, що має два вхідних і два вихідних затиску.
активна ланцюг – частина електричного кола, в якій діють джерела електричної енергії.
пасивна ланцюг – частина електричного кола, в якій немає джерела електричної енергії.
Схема заміщення електричного кола
Ні функціональна, ні принципова схеми електричних ланцюгів не відображають кількісну сторону електромагнітних процесів, які мають місце в елементах ланцюга і які визначають режим роботи цього ланцюга незалежно від конструкції і фізичної природи цих елементів.
схема заміщення(Розрахункова математична модель, еквівалентна) електричного кола–схема електричного кола, що зображує сполуки абстрактних, ідеальних елементів, з достатнім наближенням відображають електромагнітні процеси в електричному ланцюзі.
У теорії електричних ланцюгів реальні елементи, з яких складається електричне коло, замінюються абстрактними ідеальними елементами з певними властивостями.
Які ж це елементи? І які електромагнітні процеси вони відображають?
Електричне коло - основи електротехніки
Основа основ в електромонтажних роботах, електротехніці, електромеханіки присутнє таке поняття - електричний ланцюг. Вітаю вас, дорогий читачу. Розмова піде про ланцюги, та ще й електричної. Ланцюг в моєму розумінні це щось взаємопов'язане, скуте, єдине.
Електрична - значить, зв'язок відбувається за допомогою електричної енергії. Робимо висновок: електричний ланцюг являє собою комплекс механізмів і пристроїв, що утворюють шлях для електричного струму, підлеглого поняттям про електрорушійної силі, струмі і напрузі.
З чого складається електричне коло?
Давайте разом розберемося в складі електричного кола. Як я вже говорив, ланцюг це щось взаємопов'язане, причому електрикою. Що можна пов'язати струмом? Звичайно, це джерело живлення (генератор, акумулятор), провідник (дроту, кабелю, пристрої, що забезпечують рівень і якість напруги) приймач харчування (двигун). Коротше, електричний ланцюг, я б розділив на три групи: перша група - елементи, призначені для вироблення електроенергії; друга група - елементи, призначені для передачі електрики від джерела живлення до електроприймача; третя група - елементи, що перетворюють електроенергію в інші види енергії (теплову, світлову, механічну).
Ділянка електричного кола, уздовж якого протікає один і той же струм, називається гілкою. Місце з'єднання гілок електричного кола називається вузлом. На електросхемах вузол позначається крапкою. Будь-замкнутий шлях, що проходить по декількох гілках, називається контуром електричного кола. Найпростіша електричний ланцюг має одноконтурну схему, складні - кілька контурів.
Режими роботи
Елементами електроланцюзі є різні електротехнічні пристрої, які можуть працювати в різних режимах. Режими роботи, як окремих елементів, так і всієї електричної ланцюга характеризуються значеннями струму і напруги. Оскільки струм і напруга в загальному випадку можуть приймати будь-які значення, то режимів може бути безліч.
Наостанок: найпоширенішими і простими типами з'єднань в електричному ланцюзі є послідовне і паралельне з'єднання.
Ну ось, в принципі, все, що сьогодні я хотів вам розповісти про один з термінів електротехніки - електричний ланцюг. Буду радий вас бачити знову на моєму сайті . Багато корисного, пов'язаного з електромонтажними роботами і електротехнікою ви можете знайти на . Пишіть коментарі, всього доброго.
Реальна електричний ланцюг - сукупність пристроїв, призначених для передачі, розподілу та перетворення енергії. Містить джерела електричної енергії, приймачі електричної енергії, вимірювальні прилади, комутаційну апаратуру, з'єднувальні лінії та проводу. Електричний ланцюгявляє собою сукупність пов'язаних певним чином, споживачів (або відповідно активних і пасивних елементів) і перетворювачів електричної енергії. ланцюг називають пасивної, Якщо вона складається тільки з пасивних елементів, і активної, Якщо в ній також містяться активні елементи.Джерелом електричної енергіїназивають елемент електричного кола, що здійснює перетворення енергії неелектричних виду в електричну. Споживачем електричної енергіїназивають елемент електричного кола, що перетворює електричну енергію в неелектричну. Перетворювачем електричної енергіїназивають пристрій, що змінює величину і форму електричної енергії.
Для того щоб виконати розрахунок, необхідно кожне електротехнічний пристрій уявити його схемою заміщення. Схема заміщення електричного кола складається з сукупності ідеалізованих елементів (резистор, конденсатор, котушка індуктивності).
напруга :
Залежність між струмом і напругою на елементі ланцюга називається вольт-амперної характеристикою (ВАХ)елемента, яка зазвичай зображується графічно.
Як споживача в теорії електричних ланцюгів постійного струму виступає резистор, що характеризується опором (R), для якого справедливий закон Ома:
Ідеалізований джерело струму- це елемент ланцюга, струм якого не залежить від напруги і є заданою постійною величиною.
У реального джерела струму з ростом напруги виробляється струм зменшується. Будь-реальне джерело струму може бути приведений до ідеалізованому наступним чином:
Об'єднавши ці дві формули, отримуємо:
Для протидіє джерела струму
Об'єднана форма узагальненого закону Ома для гілок, що містять джерело струму:
Де верхній знак відповідають схемі, на якій U J і J сонаправлени.
Структура електричного кола.
гілкоюелектричного кола називають ділянку, елементи якого включені послідовно один за одним і обтекаются одним і тим же струмом.
вузломелектричного кола називають місце з'єднання декількох гілок. Вузол пов'язує не менше трьох гілок і є точкою розгалуження.
Гілки вважаються з'єднаними послідовно,якщо вони обтікають одним і тим же струмом. Гілки вважаються з'єднаними паралельно,якщо вони приєднані до однієї і тієї ж парі вузлів.
контуромелектричного кола називається сукупність наступних один за одним гілок. Вузли, в яких ці гілки з'єднуються, є точками розгалуження. при обході замкнутогоконтуру початкова і кінцева точки збігаються.
Ланцюг, в якій відсутні розгалуження, називають одноконтурной,при наявності розгалужень - багатоконтурною.Багатоконтурна ланцюг характеризується числом незалежних контурів. Сукупність незалежних контурів визначається тим, що кожен з наступних контурів, починаючи від елементарного, відрізняється щонайменше однієї нової гілкою. Число незалежних контурів може бути визначено за формулою Ейлера:
при паралельному з'єднанні роль еквівалентної провідності (або провідності еквівалентного споживача) грає сума провідностей всіх споживачів (рис. 1.12.).
9-10) Еквівалентна перетворення «Зірка - трикутник»
У вузлах a, b, c і трикутник, і зірка на рис. 1.14. з'єднуються з іншою частиною схеми. Перетворення трикутника в зірку повинно бути таким, щоб при однакових значеннях потенціалів однойменних точок трикутника і зірки притікає до цих крапок струми були однакові, тоді вся зовнішня схема «не помітить» виробленої заміни.
висловимо U ab трикутника через параметри споживачів і притікає до цих вузлів струми. Запишемо рівняння Кірхгофа для контуру і вузлів a і b.
Замінимо в першому рівнянні струми I 3 і I 2 на відповідні вирази:
Тепер отримаємо вираз для цього ж напруги при з'єднанні споживачів зіркою:
Таким чином , опір променя зірки дорівнює добутку опорів прилеглих сторін трикутника, поділеній на суму опорів трьох сторін трикутника.
Формули зворотного перетворення можна вивести незалежно, або як наслідок співвідношень через провідності:
Або через опору:
11) Баланс потужності.
Відповідно до закону Джоуля-Ленца, вся електрична енергія, що повідомляється провіднику в результаті роботи сил електричного поля, Перетворюється в теплову енергію:
За узагальненим законом Ома.
Звідси випливає закон збереження енергії, згідно з яким алгебраїчна сума потужностей, які підводяться до всіх гілок розгалуженої електричного кола, дорівнює нулю:
Існує ще одна форма запису балансу потужності:
У лівій частині підсумовуються потужності джерел енергії, а в правій - потужності, перетворені в споживачах в тепло. Потужності, які віддають енергію, беруться зі знаком «+», а працюють в режимі споживачів - зі знаком «-».
12) Розрахунок нерозгалужених електричних ланцюгів
Основою розрахунку одноконтурних (нерозгалужених) електричних ланцюгів, що містять джерела обох видів і споживачі, служать розглянуті раніше закони Ома і Кірхгофа.
Якщо в ланцюзі немає джерел струму, А параметри споживачів ( R)і джерел напруги ( Е) Задані, то задача зазвичай полягає у визначенні струму контуру. Позитивний напрямок шуканого струму вибирається довільно і складається рівняння:
Якщо в ланцюзі, крім споживача ( R) І джерел ЕРС ( E), Є джерело струму ( J), То задача зазвичай зводиться до визначення напруги на джерелі струму U J, тому що ток контуру I збігається з заданим струмом джерела J. позитивна полярність U J вибирається довільно, але переважно у вістря стрілки ставити знак «+» (такий полярності відповідає формула:). справжня полярність U J збігається з обраної, якщо при розрахунку U J виражається позитивним числом, і протилежна обраної, якщо U J. Шукане падіння напруги на джерелі струму U J при відсутності джерел ЕРС визначається за формулою.
13) Метод пропорційних величин.
В галузі найбільш віддаленої від джерела ( R 6) задаються деяким значенням струму або напруги. Для зручності розрахунків зазвичай це 1А або 1В. Потім переміщаючись до початку ланцюга визначають по черзі струми і напруження всіх гілок аж до гілки, що містить джерело. Тим самим визначають які напруга U вх і ток I в х . повинен мати джерело для того, щоб викликати у всіх гілках струми і напруги обчислених значень. Якщо ЕРС ( Е) Або задає струм ( J) З цими значеннями не збігаються, то необхідно пропорційно змінити обчислені значення струмів і напруг гілок шляхом множення їх на ставлення або.
I 3 можна визначити по I закону Кірхгофа:
U 24 визначаємо по II закону Кірхгофа:
14) Метод еквівалентних перетворень. Формула струмів в паралельних гілках.
Розгалужену ланцюг з одним джерелом зазвичай спрощують, перетворюючи в неразветвленную.
Подальший розрахунок:.
Струм I 3 визначається згідно із законом Кирхгофа:
При розрахунках зручно користуватися формулою про токах в двох паралельних пасивних гілках. Виведемо її на прикладі схеми. Напруга по закону Ома визначається за формулою
15) Метод рівнянь Кірхгофа.
Позначити струми гілок і довільно вибрати їх позитивний напрямок.
Довільно вибрати опорний вузол і сукупність p \u003d m - n +1 незалежних контурів.
Для всіх вузлів, крім опорного, скласти рівняння по I закону Кірхгофа. Таких рівнянь має бути ( n -1).
Для кожного обраного контуру скласти рівняння по II закону Кірхгофа. Таких рівнянь має бути p.
система m рівнянь Кірхгофа з m невідомими струмами вирішується спільно і визначаються чисельні значення струмів.
Якщо необхідно, розрахувати за допомогою узагальненого закону Ома напруги гілок або різниця потенціалів вузлів.
Перевірити правильність розрахунку за допомогою балансу потужності.
16) Метод контурних струмів
За шукані приймають контурні струми. Число невідомих у цьому методі дорівнює числу рівнянь, які необхідно було б скласти для схеми по II закону Кірхгофа, тобто . Заснований на II законі Кирхгофа
За знайденими контурним струмів за допомогою I закону Кірхгофа визначаються струми гілок.
Таким чином, методика розрахунку ланцюга постійного струму методом контурних струмів наступна:
Довільно вибрати сукупність p незалежних контурів, нанести на схему позитивний напрямок контурних струмів, що протікають в обраних контурах.
Визначити власні, загальні опору і контурні ЕРС і підставити їх в систему рівнянь виду.
Власне опір контуру (R ii ) являє собою арифметичну суму опорів всіх споживачів, що знаходяться в i-ом контурі.
контурні ЕРСявляють собою алгебраїчну суму ЕРС джерел, що входять в контур. Зі знаком «+» в цю суму входять ЕРС джерел, діючих згідно з обходом контуру, зі знаком «-» входять ЕРС джерел, діючих зустрічно.
Дозволити отриману систему рівнянь щодо контурних струмів, використовуючи метод Крамера.
Визначити струми гілок через контурні струми по I закону Кірхгофа.
Перевірити правильність розрахунків за допомогою балансу потужності.
17) Метод вузлових потенціалів.
У тому випадку, коли п-1 - кількість вузлів, p - кількість незалежних контурів), даний метод більш економічний, ніж метод контурних струмів. Виводиться з першого закону Кірхгофа і узагальненому закону Ома (через потенціали).
Власна провідність вузла (G ii )
являє собою арифметичну суму провідностей всіх гілок, з'єднаних в i-ом вузлі.
Позначити всі струми гілок і їх позитивний напрямок.
Довільно вибрати опорний вузол (?
n )
і пронумерувати всі інші ( n-1)-e вузли.
Визначити власні і загальні провідності вузлів, а також вузлові струми, тобто розрахувати коефіцієнти в системі рівнянь.
Загальна провідність i-ого та j-ого вузлів (G ij \u003d G ji ) являє собою взяту зі знаком «-» суму провідностей гілок, приєднаних одночасно до i-ому і j-ому вузлів.
Провідності гілок з джерелами струму покладаються рівними нулю і в власні і загальні провідності не входить!
Вузловий струм (J ii ) складається з двох алгебраїчних сум: перша містить струми джерел струму, що містяться в гілках, з'єднаних в i -му вузлі; друга являє собою твір ЕРС джерел напруги на провідності відповідних гілок, з'єднаних в i -му вузлі. Зі знаком «+» в цю суму входять E і J джерел, дія
В електротехніці розглядається пристрій і принцип дії основних електротехнічних пристроїв, що використовуються в побуті і промисловості. Щоб електротехнічне пристрій працював, повинна бути створена електричний ланцюг, завдання якої передати електричну енергію цього пристрою і забезпечити йому необхідний режим роботи.
Електричним колом називається сукупність пристроїв і об'єктів, що утворюють шлях для електричного струму, електромагнітні процеси в яких можуть бути описані за допомогою понять про електричний струм, ЕРС ( електрорушійна сила) І електричному напрузі.
ЕРС - величина, що характеризує джерело енергії неелектростатіческой природи в електричному ланцюзі, необхідний для підтримки в ній електричного струму. Едс чисельно дорівнює роботі по переміщенню одиничного позитивного заряду вздовж замкненого кола. повна еРС в ланцюзі постійного струму дорівнює різниці потенціалів на кінцях розімкнутої ланцюга. В СІ вимірюється в вольтах.
« Електричний струм - це впорядкована (спрямований) рух заряджених частинок - електронів»Правильно тільки для електричного струму у вакуумі, а точніше - електровакуумних приладах.
Альтернативою класичного поняття Електричного струму в провіднику є дипольна атомарна модель. При впливі енергії джерела електричного струму, все диполі атомів провідника повертаються, орієнтуючись своїми однойменними полюсами в одному напрямі, який забезпечує миттєву (зі швидкістю світла), передачу енергії на протилежний кінець провідника.
Тоді визначення електричного струму для провідників буде виглядати так:
«Електричний струм - це здатність атомів провідника здійснювати перенесення електричних зарядів, шляхом магнітної орієнтації під впливом енергії джерела електричного струму».
Не зрозуміло, що є носієм електричного заряду? Адже диполі, не переміщаються уздовж провідника, вони лише орієнтуються по магнітного поля, Повертаючись на місці. А заряд це властивість матеріальних тіл і в свою чергу без носія існувати не може.
А носія енергії, що переміщається по провіднику насправді і немає! Енергія переміщається у вигляді фотонів - точкових електромагнітних коливань мають чітку геометричну форму і поляризацію. Так як фотон не має масу, він здатний рухатися зі швидкістю світла - подібно радіосигналу, оскільки і світло, і радіосигнал - це теж потік фотонів. При цьому, рухаючись з такою величезною швидкістю він, при відсутності маси здатний різко (без інерції) міняти свій напрямок. Якщо цей рух довірити електронам, то вони «пробивали» б метали, руйнуючи їх на молекулярному рівні, подібно дрібному космічному «сміттю», обертається на космічній швидкості на навколоземних орбітах, і періодично виводить з ладу дорогі космічні апарати, «прошиваючи» обшивку апаратів наскрізь . До речі, в електровакуумних приладах, де носіями енергії дійсно виступають електрони, таке явище спостерігається.
Електрична напруга (Електричний потенціал) вимірюється приладом званим Вольтметром - різниця потенціалів, яка змушує текти струм, вимірюється в Вольтах (В). Так само, як для струму, для збільшення діапазону позначень, існують кратні приставки: (мікро - мікровольт (мкВ), милі - мілівольт (мВ), кіло - кіловольт (кВ), мега - мегавольт (МВ).
Для аналізу і розрахунку електричний ланцюг графічно представляється у вигляді електричної схеми, що містить умовні позначення її елементів і способи їх з'єднання. Електрична схема найпростішого електричного кола, що забезпечує роботу освітлювальної апаратури, представлена \u200b\u200bна рис. 1.1.
Всі пристрої та об'єкти, що входять до складу електричного кола, можуть бути розділені на три групи:
1) Джерела електричної енергії (харчування).
загальною властивістю всіх джерел живлення є перетворення будь-якого виду енергії в електричну. Джерела, в яких відбувається перетворення неелектричної енергії в електричну, називаються первинними джерелами. Вторинні джерела - це такі джерела, у яких і на вході, і на виході - електрична енергія (наприклад, випрямні пристрої).
2) Споживачі електричної енергії.
Загальною властивістю всіх споживачів є перетворення електроенергії в інші види енергії (наприклад, нагрівальний прилад). Іноді споживачі називають навантаженням.
3) Допоміжні елементи ланцюга: з'єднувальні дроти, комутаційна апаратура, апаратура захисту, вимірювальні прилади і т.д., без яких реальна ланцюг не працює.
Всі елементи ланцюга охоплені одним електромагнітним процесом.
В електричній схемі на рис. 1.1 електрична енергія від джерела ЕРС E, що володіє внутрішнім опором r 0, за допомогою допоміжних елементів ланцюга передаються через регулювальний реостат R до споживачів (навантаженні): електричним лампочкам EL 1 і EL 2.
Основні поняття і визначення для електричного кола
Для розрахунку і аналізу реальна електричний ланцюг представляється графічно у вигляді розрахункової електричної схеми (схеми заміщення). У цій схемі реальні елементи ланцюга зображуються умовними позначеннями, причому допоміжні елементи ланцюга зазвичай не зображуються, а якщо опір сполучних проводів набагато менше опору інших елементів ланцюга, його не враховують. Джерело живлення показується як джерело ЕРС E з внутрішнім опором r 0, реальні споживачі електричної енергії постійного струму замінюються їх електричними параметрами: активними опорами R 1, R 2, ..., R n. За допомогою опору R враховують здатність реального елемента ланцюга необоротно перетворювати електроенергію в інші види, наприклад, теплову або променисту.
При цих умовах схема на рис. 1.1 може бути представлена \u200b\u200bу вигляді розрахункової електричної схеми (рис. 1.2), в якій є джерело живлення з ЕРС E і внутрішнім опором r 0, а споживачі електричної енергії: регулювальний реостат R, електричні лампочки EL 1 і EL 2 замінені активними опорами R, R 1 і R 2.
Джерело напруги на електричній схемі (рис. 1.2) може бути замінений джерелом напруги U, причому умовне позитивний напрямок напруги U джерела задається протилежним напрямку ЕРС.
При розрахунку в схемі електричного кола виділяють кілька основних елементів.
Гілка електричного кола (схеми) - ділянка ланцюга з одним і тим же струмом. Гілка може складатися з одного або декількох послідовно з'єднаних елементів. Схема на рис. 1.2 має три гілки: гілка bma, в яку включені елементи r 0, E, R і в якій виникає струм I; гілка ab з елементом R 1 і струмом I 1; гілка anb з елементом R 2 і струмом I 2.
Вузол електричного кола (схеми) - місце з'єднання трьох і більше гілок. У схемі на рис. 1.2 - два вузла a і b. Гілки, приєднані до однієї пари вузлів, називають паралельними. Опору R 1 і R 2 (рис. 1.2) знаходяться в паралельних гілках.
Контур - будь-який замкнутий шлях, що проходить по декількох гілках. У схемі на рис. 1.2 можна виділити три контури: I - bmab; II - anba; III - manbm, на схемі стрілкою показують напрямок обходу контуру.
Умовні позитивні напрямки ЕРС джерел живлення, струмів у всіх гілках, напруг між вузлами і на затискачах елементів ланцюга необхідно задати для правильного запису рівнянь, що описують процеси в електричному ланцюзі або її елементах. На схемі (рис. 1.2) стрілками вкажемо позитивні напрямки ЕРС, напруг і струмів:
а) для ЕРС джерел - довільно, але при цьому слід враховувати, що полюс (зажим джерела), до якого спрямована стрілка, має більш високий потенціал по відношенню до іншого полюсу;
б) для струмів в гілках, що містять джерела ЕРС - збігаються з напрямом ЕРС; у всіх інших гілках довільно;
в) для напруг - збігаються з напрямом струму в гілці або елемента ланцюга.
Всі електричні ланцюги діляться на лінійні і нелінійні.
Елемент електричного кола, параметри якого (опір та ін.) Не залежать від струму в ньому, називають лінійним, наприклад електропіч.
Нелінійний елемент, наприклад лампа розжарювання, має опір, величина якого збільшується при підвищенні напруги, а отже і струму, що підводиться до лампочки.
Отже, в лінійного електричного кола всі елементи - лінійні, а нелінійної називають електричний ланцюг, що містить хоча б один нелінійний елемент.