Электрические цепи и их элементы

1. Основные понятия и классификация электрических цепей
2. Разновидности электрических схем
3. Активные элементы электрической цепи
4. Пассивные элементы электрической цепи

К электрической цепи принадлежит ряд приспособлений, обеспечивающих течение через них электрического тока. Для обзора явлений, что имеют место в электрических цепях, применяют величины электродвижущей силы, напряжения и электрического тока.

Основные понятия и классификация электрических цепей

Электрическая цепь являет собой комплекс приспособлений, что составляют линию для течения электрического тока с целью сообщения, распределения и трансформации энергии.

Электрические цепи постоянного тока – это цепи, в которых образование, сообщение и распределение электрической энергии осуществляется под постоянным напряжением.

Для данных цепей характерно постоянное электрическое и магнитное поле, то есть ток и напряжение в них постоянны, иными словами, их изменение во времени равняется нулю:

\({di\over dt}=0; {du\over dt}=0\)

Соответственно ток, что протекает через емкость и напряжение на катушке индуктивности тоже равняются нулю:

\(U_L=L {di\over dt}=0; I_C=C {dU_C\over dt}=0\)

Таким образом, напрашивается заключение, что сопротивление катушки индуктивности в цепях постоянного тока равняется нулю, а сопротивление емкости конденсатора, наоборот, является бесконечно большой величиной. Потому катушка индуктивности в цепи с постоянным током является обычным проводом с пренебрежимо малым сопротивлением, а емкость по сути представляет собой разрыв цепи.

Все устройства электрической цепи делятся на три составляющие:

1. Источник питания. Данный элемент вырабатывает электроэнергию.
2. Передающий элемент. Данный элемент, или группа элементов, выполняет функцию передачи электроэнергии. Сюда относятся провода и другие устройства, обеспечивающие нормальное напряжение.
3. Преобразующее устройство. Данный элемент или группа элементов преобразуют электроэнергию в иные виды энергии. Такие элементы также называют приемниками.

Обычно источники электроэнергии преобразуют различные виды энергии в электрическую. Данную функцию могут выполнять: термопреобразователь, генератор, гальванический элемент.
Приемники электроэнергии, наоборот, преобразуют электроэнергию в разные виды энергии. Например, в свет, тепло и прочее. Это могут быть лампочки, двигатели, резисторы и прочие приборы.

Разновидности электрических схем

В электрических цепях приборы соединены самыми разнообразными способами. Все схемы описываются определенными законами, что вывели знаменитые ученые Кирхгоф и Ом.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяОнлайн-репетиторЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Различают три вида соединений элементов в электрических цепях:

1. Последовательное. В данном соединении все элементы подсоединяются друг за другом. Сопротивление такой цепи составляет суммарное сопротивление всех элементов. При этом по всем участкам электрической цепи течет одинаковый ток, а напряжение распределяется на каждом элементе частично. Остановка работы одного из элементов при последовательном соединении приводит к полной неработоспособности всей цепи. Примером последовательного соединения есть елочная гирлянда, в которой при перегорании одной лампочки, вся гирлянда не светится. Преимуществом данного вида соединения есть то, что в цепь можно подсоединить большое число элементов, рассчитанных на небольшое напряжение.
2. Параллельное. При данном соединении к двум точкам подсоединяется несколько элементов. При этом напряжение для каждого участка цепи будет одинаковое. Данный вид соединения дает возможность наблюдать течение тока разными путями. На разветвлении ток делится на несколько веток, каждой из которых соответствует свое собственное сопротивление. В итоге суммарный ток равняется сумме токов каждой из веток. При возрастании общей проходимости цепи снижается ее сопротивление. С помощью такого соединения можно обеспечить независимую работу каждой из ветвей. То есть, при поломке одного из элементов, остальные, подключенные параллельно, будут работать, так как разрыв цепи не происходит.
3. Комбинированное. Этот вид соединения включает в себя параллельное и последовательное соединения. Такой вид соединения чаще всего применяется на практике. К примеру, защитная аппаратура подсоединяется параллельно, чтобы в нужный момент разорвать цепь, лампочки с розетками подключаются параллельно, чтобы при поломке или перегорании одной из них, другие оставались работоспособными. Зачастую комбинированное соединение используется из-за различного энергопотребления узлов, то есть при различном напряжении сопротивления таких узлов отличаются один от другого. Благодаря комбинации соединений достигается эффективное распределение нагрузки и исключается перегруз цепи.

Для наглядного изображения электрической цепи используют электрическую схему, при этом все устройства цепи обозначаются соответствующими символами.

Электрическая схема представляет собой некую идеализированную цепь, представляющую расчетную модель реальной цепи. Второе ее название – эквивалентная схема замещения. В основном схему стараются изобразить так, чтобы она максимально отражала действительную цепь. Во время расчетов реальные элементы замещают схематическими элементами.

Цепи с постоянным током используют два элемента – резистор с сопротивлением \(R\) и источник энергии с внутренним сопротивлением \(r_0\). Внутреннее сопротивление источника питания – это суммарное сопротивление всех его элементов.

Сопротивление резистора \(R\) являет собой потребление электрической энергии приемником для преобразования ее в иной вид энергии, при этом выделяется определенная мощность:

\(P=i^2 R\)

Для расчета электрической цепи необходимо знать некоторые понятия, такие как контур, узел, ветвь.
Контуром является замкнутый участок цепи, что включает ветви и узлы.

Узел – это соединение ветвей. На электрической схеме узел обозначается точкой и означает соединение нескольких линий.

Ветвью является участок цепи, состоящий из последовательно соединенных элементов, и которому присуще определенное значение силы тока.

Если на схеме изображено заземление точки, то ее потенциал равен нулю.

Активные элементы электрической цепи

К активным элементам линейной электрической цепи относятся источник электродвижущей силы и источник электрического тока.

К идеальным источникам ЭДС относятся такие источники, в которых ЭДС и напряжение остаются постоянными.

В реальных условиях ЭДС и напряжение источников меняется при смене нагрузки. В электрических схемах, чтобы учесть данный момент, последовательно подключают резистор \(r_0\).

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяОнлайн-репетиторЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Напряжение \(U_a b\) прямо пропорционально зависит от тока приемника и равняется разнице между ЭДС источника и падением напряжения на его внутреннем сопротивлении \(r_0\).

\(U_a b=φ_a-φ_b\)

Электрический ток обратно пропорционален сопротивлению:

\(I={E\over R_H+r_0}\)

При ЭДС генератора с внутренним сопротивлением и сопротивлением приемника, не зависящими от напряжения и тока, внешняя характеристика генератора \(U_1 2=f(i)\) и вольтамперная характеристика приемника \(U_a b=f(i)\) будут линейными величинами.

Для источника электрического тока свойственны бесконечно высокие величины внутреннего сопротивления и ЭДС. Они связаны дрыг с другом следующей зависимостью:

\({E\over R_0} =i\)

При условии, что \(r_0≥R_H\) и \(i_0≤i\), источник энергии будет пребывать в состоянии, приближенном к короткому замыканию, когда \(i_0=0\).
Если внутреннее сопротивление источника равняется нулю, то это идеальный источник.

Пассивные элементы электрической цепи

Пассивными элементами электрической цепи считаются катушка индукции, резистор и конденсатор емкости. Для понимания их силовых свойств, рассмотрим их поведение в условиях постоянного тока.

Резистором есть прибор, обладающий сопротивлением и служащий ограничителем электрического тока. Основная характеристика резистора – это сопротивление \(R\), которое выражается по закону Ома:

\(U_a b=RI\)

Единицей измерения сопротивления является \(Ом, Ом={В\over А}\).
Катушкой индуктивности \(L\) является обмотка изолированного провода, что наматывается на каркас (сердечник).
\(L\) – это индуктивность, которая определяет способность катушки создавать магнитное поле. Величина индуктивности зависима от размеров катушки, длины провода, количества витков и магнитных характеристик сердечника.

При включении в электрическую цепь катушки, вокруг нее формируется магнитное поле, пронизывающее ее магнитным потоком. Характеристикой катушки индуктивности есть величина, называющаяся потокосцеплением \(ψ\). Индуктивность \(L\) показывает зависимость потокосцепления от силы тока:

\(L={ψ\over i} \\\ L={2W_M\over i^2 }\)

Конденсатором называется устройство, состоящее из двух проводников, разделенных диэлектриком. Конденсатор характеризуется емкостью \(C\), которая рассчитывается по формуле:

\(C={q\over U} \\\ W_Э={CU^2\over 2}={q^2\over 2C}\)