Напряжение

На всякий заряд, помещенный в электрическое поле, действует сила, абсолютное значение и направление которой определяются напряженностью электрического поля, а также значением заряда и его знаком. Если носитель заряда является свободным, т

u

. е. не закрепленным в какой-то фиксированной точке, то при действии на него приложенной силы он перемещается. Перемещение заряда происходит за счет энергии электрического поля. При перемещении единичного положительного заряда между двумя любыми точками А и Б электрического поля, силами электрического поля совершается работа, равная разности потенциалов этих точек. Разность потенциалов точек А и Б называется напряжением между этими точками:

А Б

Потенциал точки электрического поля – это работа, которая совершается силами электрического поля по переносу единичного заряда из данной точки в бесконечность. Напряжение также определяется как предел отношения затраченной энергии на перенос заряда из точки А в точку Б к этому заряду при

; u(t) – функция времени.

В Международной системе единиц напряжение измеряется в вольтах (В), а работа — в джоулях (Дж).

Положительное направление напряжения выбирается от точки цепи с большим потенциалом к точке цепи с меньшим потенциалом, что соответствует перемещению положительно заряженных носителей.

Внутри источников энергии носители перемещаются за счет энергии сторонних (неэлектрических) сил в направлении, противоположном направлению действия сил электрического поля. Таким образом, направление тока через источник противоположно направлению напряжения.

При расчетах электрических цепей условно положительное направление напряжения выбирается произвольно. Если в результате расчетов напряжение на рассматриваемом участке цепи получится со знаком плюс, то направление напряжения совпадает с направлением, условно принятым положительным, если напряжение получится со знаком минус, то его направление противоположно условно положительному.

u(t)

t

u

Переменное напряжение

(t)=const=U _–

Э лектродвижущая сила И

u

сточники электрической энергии характеризуются электродвижущей силой (ЭДС). ЭДС – это работа сторонних сил, затрачиваемая на перемещение единичного положительного заряда внутри источника от полюса с меньшим потенциалом к полюсу с большим потенциалом. ЭДС источника численно равна напряжению между полюсами источника энергии при отсутствии в нем тока. +

–

Направление ЭДС совпадает с направлением тока внутри

источника и противоположно внешнему напряжению.

e=e(t) – функция времени e(t)=E_– =const

[e]=В (вольт).

Мощность и энергия

При перемещении элементарного электрического заряда dq между точками цепи с разностью потенциалов и совершается элементарная работа. (А=F*S; dA=FdS – работа в механике). Элементарная работа количественно равна энергии, поступившей в участок цепи за время dt.

Общую энергию, поступившую в участок цепи, определяют суммированием элементарных работ:

При t= , w( )=0. Если w(t) 0, то участок цепи потребляет энергию и называется пассивным. Если для каких – то t w(t) , то участок содержит источник энергии и называется активным.

Производная энергии по времени представляет собой мгновенную мощность

При совпадении направлений u и i p положительна и участок цепи получает энергию. При несовпадении направлений u и i p отрицательна и участок отдает энергию.

[p]=Вт (Ватт)