Тема 1. Основные термины теории электрических цепей
1.1. Основные электрические величины
1.2. Электрическая цепь и ее элементы
1.3. Схема замещения электрической цепи
1.3.1. Активные элементы
1.3.2. Пассивные элементы
1.4. Законы электрических цепей
1.1. Основные электрические величины
Электромагнитные процессы в электрических цепях характеризуются следующими основными электрическими величинами:
– Э.Д.С.,
– электрический потенциал,
– электрическое напряжение,
– электрический ток,
а также энергетическими величинами:
– электрическая энергия,
– электрическая мощность.
Потенциал некоторой точки электрической цепи – величина, равная потенциальной энергии W, которой обладает единичный положительный заряд, находящийся в данной точке.
Если соединить данную точку электрической цепи с точкой с нулевым потенциалом (заземленную точку), то энергия по перемещению заряда из данной точки в нулевую равна W (независимо от пути !).
Разность потенциалов двух точек электрической цепи (1–2) равна работе по перемещению единичного положительного заряда из одной данной точки в другую.
В источнике за счет внешних сил неэлектрического происхождения (сторонних сил), действующих навстречу электростатическим силам взаимодействия заряженных частиц внутри источника, происходит разделение зарядов, создается и поддерживается разность потенциалов на зажимах источника э.д.с.
Э.д.с. e(t), – энергия, которую приобретает единичный положительный заряд, перемещаясь под действием сторонних сил внутри источникам (работа, совершенная сторонними силами при переносе единичного заряда между зажимами источника). Э.д.с. равна также разности потенциалов на зажимах источника.
Под действием э.д.с. источника (разности потенциалов на зажимах источника, электрического поля источника) в электрической цепи, составленной из проводников, начнется направленное, упорядоченное движения электрических зарядов – потечет электрический ток.
Электрический ток – направленное, упорядоченное перемещение электрических зарядов в электрической цепи.
Мгновенное значение тока:
Постоянный ток:
Под направлением тока понимают направление перемещения положительных зарядов. Величина тока (сила тока) определяется количеством электричества (зарядом), перемещающимся через поперечное сечение проводника в единицу времени.
Плотность тока – сила тока через единицу площади поперечного сечения проводника.
Для равномерно распределенного тока по сечению:
Напряжение (падение напряжения на участке цепи, разность потенциалов на зажимах приемника) u(t), U – работа, совершаемая силами электрического поля источника по перемещению единичного положительного заряда по этому участку цепи.
Понятие напряжения имеет смысл для двух точек электрической цепи.
Диапазоны напряжений:
- аккумуляторные батареи 1 – 12 В;
– сеть 127 – 220 В;
– кабельные сети 6 – 11 кВ;
– воздушные линии 110 – 1000 кВ;
– молния 100000 кВ.
Диапазоны токов:
– электроника мкА, мА;
– лампы накаливания до 1 А;
– нагревательные приборы до 10 А;
– электродвигатели десятки, сотни А, кА.
Электрическое сопротивление – препятствие упорядоченному движению электрических зарядов.
Природа сопротивления и энергетические процессы в нем могут быть различны. Наличие сопротивления связано с расходом энергии источником и преобразовании на элементе, обладающем сопротивлением, электромагнитной энергии источника в другие виды энергии.
Энергия, израсходованная в цепи к моменту времени t при прохождении тока i(t) под действием напряжения u(t):
,
где p(t) – мгновенная мощность – интенсивность энергетического процесса;
p(t)=u(t)i(t).
Для постоянного тока:
P=UI [Вт].