1.2 Об эквивалентных схемах для источников энергии

Покажем, что источник энергии с известной ЭДС и внутренним сопротивлениемможет быть представлен двумя основными эквивалентными схемами, изображенными на рисунке 1.10.

Схема 1

Рисунок 1.10 - Эквивалентные схемы источников энергии

Здесь имеют место два варианта схем:

Схема «а»

Внутреннее сопротивление источника энергии также как сопротивление нагрузки ограничивает величину тока.

Поэтому на эквивалентной схеме можно сопротивление вынести за источник и присоединить последовательно с сопротивлениемнагрузки.

Схема «b»

Если , то есть источник находится в режиме близком к холостому ходу, что можно практически пренебречь его внутренним сопротивлением и падением напряжения на нем.

Источник энергии без внутреннего сопротивления () называется источником ЭДС или источником напряжения(см. рисунок 1.11).

Рисунок 1.11 - Внешняя характеристика источника напряжения

Таким образом, напряжение на зажимах источника ЭДС не зависит от сопротивления нагрузки и равно ЭДС.

Схема 2

Рисунок 1.12 - Эквивалентные схемы источников энергии

Схема «с»

Для обоснования этой схемы имеем

.

Разделим обе части уравнения на ,

где - ток короткого замыкания источника;

- некоторый внутренний ток; (1.7)

- ток нагрузки.

.

Схема «d»

Если , то есть, то источник находится в режиме близком к короткому замыканию и можно принять

.

Источник с внутренней проводимостью (), обозначаемый кружком стрелкой и буквой, называется источником тока (ге­не­ра­тором тока).

Внешняя характеристика такого источника показана на рисунке 1.13.

Рисунок 1.13 - Внешняя характеристика источника тока

Ток источника тока не зависит от сопротивления приемника и равен . Таким образом, в зависимости от соотношения между внутренним сопротивлением источника и сопротивлением нагрузки, реальные источники энергии заменяются эквивалентными источниками ЭДС или источниками тока.

Обычно, источник энергии можно заменить источником ЭДС или источником тока и тогда, когда соизмеримо с сопротивлением нагрузки. Для этого, необходимо сопротивление(схема «а») или проводимость(схема «с») вынести из источника энергии и объединить с сопротивлениемили проводимостьюнагрузки.

Источники ЭДС и источники тока называются активными элементами электрических схем, а сопротивления и проводимости - пассивными.

1.3 Распределение потенциала в простой электрической цепи

Распределение потенциала вдоль неразветвленной электрической цепи можно наглядно представить при помощи графика. Рассмотрим его построение на примере цепи изображенной на рисунке 1.14.

Рисунок 1.14 - Электрическая цепь

Дано: . Точка «а» - «земля».

Найти: потенциальную диаграмму цепи.

Если по оси абсцисс откладывать сопротивление участков, а по оси ординат потенциалы соответствующих точек, то легко получить график распределения потенциала вдоль неразветвленной цепи. Полученная таким методом диаграмма показана на рисунке 1.15.

Рисунок 1.15 - Потенциальная диаграмма

Пользуясь этим графиком, можно определить напряжения между двумя любыми точками цепи.

График распределения потенциала внутри источника энергии может иметь разный вид. В простейшем случае - это линейная зависимость.