1.1.3. Электрическая цепь

Электрической цепью называется, в общем случае, совокупность определённым образом соединённых источников, преобразователей и потребителей электрической энергии. Электрические цепи состоят из ветвей, соединяемых в узлах электрической цепи (рис 1-1). Ветвью цепи называют группу последовательно соединённых источников электрической энергии и её потребителей, по которым протекает один и тот же ток. Если ветвь содержит источник электрической энергии, то её называют активной. Если ветвь содержит только приёмник электрической энергии, то такую ветвь называют пассивной. Узлами электрической цепи называют точки, в которых соединены не менее трёх ветвей.

Рис 1-1.электрическая схема цепи, содержащей два

Источника ЭДС с внутренним сопротивлением и

, две активные и одну пассивную ветви соединены

в узлах а и b

1.1.4. Электрическое сопротивление и его виды

Любые устройства, служащие для получения, передачи или потребления электроэнергии, обладают сопротивлением.

Электрическое сопротивление – это способность элемента электрической цепи противодействовать в той или иной степени прохождения по нему электрического тока. Сопротивление, в общем случае, зависит от материала элемента, его размеров, температуры, частоты тока и измеряются в омах (Ом).Различают активное, реактивное и полное сопротивление. Они обозначаются, соответственно, Используются также прописные буквы R, X, Z, чаще всего для обозначения элементов на электрических схемах.

R Z

Активное сопротивление элемента – это сопротивление постоянному току:

Ом,

где - удельное сопротивление материала Ом*м

- температурный коэффициент сопротивления

t – интервал изменения температуры

l – Длина проводника, м,

S – Поперечное сечение проводника

Природу активного или омического сопротивления, связанного с нагревом материала, по которому протекает ток, объясняют столкновением носителей заряда с узлами кристаллической решетки этого материала.

Если электрическое сопротивление цепи или его элемента не зависят от величины проходящего тока, то таки цепи или элементы называют линейными. В противном случае говорят о нелинейных цепях.

Проводимость – величина обратная омическому сопротивлению и измеряется в сименсах (См).

, См

В зависимости от величины удельной проводимости или удельного сопротивления электротехнические материалы делят на проводники и диэлектрики или изоляторы.

Индуктивное сопротивление – это сопротивление элемента, связанного с созданием вокруг него переменного или изменяющегося магнитного поля. Оно зависит от конфигурации размеров элемента, его магнитных свойств и частоты тока.

, Ом

где - частота тока, Гц

- угловая частота, рад/с;

L – индуктивность элемента цепи, измеряется в генри (Гн).

Индуктивность можно определить как меру магнитной инерции элемента в отношении электромагнитного поля. По смыслу индуктивность в электротехнике можно уподобить массе в механике. Например, чем больше индуктивность элемента тем медленней и тем большую энергию магнитного поля он запасает.

Следует отметить, что индуктивным сопротивлением и, следовательно, индуктивностью обладает в разной мере все элементы электрической цепи переменного тока: обмотки электрических машин, провода, шины, кабели и так далее.

Выражение для определения индуктивности элементов различной конфигурации приведены к конце разделе 1.4.

Индуктивное сопротивление обозначается на электрических схемах:

X X

Ёмкостное сопротивление – это сопротивление элемента, связанное с созданием внутри него электрического поля. Оно зависит от материала элемента, его размеров, конфигурации и частоты тока:

Ом

Где С – электрическая ёмкость, измеряемая в фарадах (Ф).

Электрическую ёмкость – можно определить как меру инертности элемента электрической цепи по отношению к электромагнитному полю. Электрическое поле между обкладками конденсатора создаётся в следствии разделения зарядов. Разделение зарядов происходит благодаря токам смещения, протекающим в диэлектрике между обкладки конденсатора под воздействием внешнего напряжения. Ток смещения следует понимать как процесс переориентации электрических диполей диэлектрика вдоль электромагнитного поля. Как видно, определение для тока, предложенное Фарадеем, наиболее привлекательно для понимания сути токов смещения.

Таким образом, электромагнитная энергия аккумулируется в конденсаторе в виде энергии электрического поля, сконцентрированного в поляризованном диэлектрике между обкладками конденсатора.

Если напряжение приложенное к конденсатору постоянно, то происходит его единичный заряд, после завершения которого ток через конденсатор, уменьшаясь, стремится к нулю. При переменном напряжении происходит периодический перезаряд конденсатора, поскольку токи смещения изменяют свой знак под воздействием периодически изменяющего свой знак напряжения.

Практически все элементы электрической цепи переменного и постоянного тока в разной мере обладают ёмкостью. Для линий электропередач учёт ёмкости проводов друг по отношению к другу и по отношению к земле имеет принципиальное значение, поскольку влияет на режим электрических сетей. Например обычные электрические кабели обладают ёмкостным сопротивлением порядка 10 Ом на 1км.

На электрических схемах ёмкостное сопротивление обозначются:

X X