3. Соотношения между током, напряжением, мощностью в цепях постоянного тока, законы Ома и Джоуля-Ленца.

1. Закон Ома — физический закон, определяющий связь напряжения (или ЭДС источника) с силой тока и сопротивлением проводника.

Ф ормулировка. Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

, где — проводимость.

Для участка цепи с ЭДС: .

Для участка цепи без ЭДС: .

Для полной цепи: , где — ЭДС источника, — сопротивление всех внешних источников, — внутреннее сопротивление источника.

2. Закон Джоуля–Ленца — физ. закон, дающий кол-венную оценку теплового действия эл. тока.

Формулировка. Количество теплоты (энергия, совершаемая работа), выделяемое проводником с током в единицу времени, равно произведению напряжения проводника, силы тока и времени.

.

Мощность в цепи постоянного тока: .

Для пассивной линейной цепи, в которой соблюдается закон Ома: .

Для цепи с источником ЭДС: P = IE.

4, 5

4. Источники электрической энергии, идеализированные источники тока и ЭДС, реальные источники энергии, их схемы замещения, вольт-амперные характеристики. Условия эквивалентности различных схем источников энергии, правила преобразования схем источников.

Источник электрической энергии — устройство, в котором происходит преобразование электрической энергии в другой вид энергии для ее использования.

Источники разделяют на идеальные и реальные. Идеальные делятся на источники ЭДС и тока.

Источник ЭДС (источник / генератор напряжения) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока в цепи). Напряжение может быть задано как константа (простейший случай), функция времени и как внешнее управляющее воздействие.

Источник тока (генератор тока) — двухполюсник, который создаёт ток, не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединён. В быту источником тока часто неточно называют любой источник электрического напряжения (розетку, генератор, батарею), но в строго физическом смысле это не так, более того, обычно используемые в быту источники напряжения по своим характеристикам гораздо ближе к источнику ЭДС, чем к источнику тока.

Источники ЭДС и тока часто рассматриваются как абстракции, не имеющие реального физического воплощения. Однако, это справедливо, если считать, что их ВАХ не имеют ограничения. В этом случае ток через источник ЭДС или падение напряжения на источнике тока могут достигать бесконечно больших значений. При этом мощность источника ( ) должна быть бесконечно большой, что исключает возможность технической реализации.

Реальный источник ЭДС обладает внутр. сопротивлением , кот. имеет обратную зависимость от мощности источника. Т. е., чем больше мощность, тем меньше сопротивление (при постоянном напряжении). Наличие внутр. сопротивления отличает реальный источник ЭДС от идеального.

Схема замещения реального источника ЭДС представляет собой параллельное включение источника тока и внутр. сопротивления. Условие эквивалентности: если ( ) и при одинаковом токе в этих сопротивлениях напряжение (т.е. источник электрической энергии находится в режиме, близком к ХХ), то можно принять и получить эквивалентную схему.

Т. к. для источника тока , напряжение и мощность, выделяемая идеальным источником ЭДС, неограниченно растут при росте сопротивления.

Реальный источник тока, как и источник ЭДС, в линейном приближении может быть описан параметром внутреннее сопротивление . Отличие состоит в том, что чем больше внутреннее сопротивление, тем ближе источник тока к идеальному (источник ЭДС — наоборот: тем ближе к идеальному, чем меньше его внутреннее сопротивление).

Схема замещения реального источника тока представляет собой последовательное включение источника ЭДС и внутр. сопротивления. Условие эквивалентности: если ( ) и при одинаковом напряжении на зажимах ветвей с сопротивлениями и ток (т.е. источник энергии находится в режиме, близком к КЗ), то можно принять и получить эквивалентную схему.