РОЗДІЛ 1. ЛІНІЙНІ ЕЛЕКТРИЧНІ КОЛА ЗА ПОСТІЙНИХ СТРУМІВ

Тема 1.1. Основні поняття і закони електричного кола

Лекція №2

Елементи електричного кола

Електричне коло – це сукупність пристроїв для проходження електричного струму. Цей шлях завжди є замкненим. В електричному колі відбувається розподіл, перетворення та передача електричної енергії. Складові кола, що виконують певні функції, називатимемо його елементами.

Електрична схема – зображення електричного кола за допомогою умовних знаків.

На прикладі електричного коло, зображеного на рис. 2.1, розглянемо елементи кола.

Рис. 2.1. Приклад схеми електричного кола

Елементи схеми:

Вузол – точка в якій сходяться не менше трьох струмів (точка розгалуження струмів). Маємо чотири вузли: 1, 2, 3, 4.

Гілка – ділянка кола між двома вузлами, яка являє собою один елемент або послідовне з’єднання кількох елементів. По гілці протікає один струм. Маємо шість гілок.

Контур – будь-який замкнений шлях, що проходить по одній або кількох гілках. Маємо сім контурів.

Незалежний контур – відрізняється від інших (раніше обраних) хоч би однією гілкою. У якості одного із можливих варіантів маємо три незалежних контури, які позначені римськими цифрами.

Класифікація елементів електричного кола

До основних елементів відносяться ті, дія яких пов’язана з перетворенням одного виду енергії на інший. Виходячи з цього, основними елементами електричного кола є джерела електричної енергії та її споживачі. Усі інші елементи – допоміжні (з’єднувальні проводи, вимірювальна та комутаційна апаратура тощо).

Основні елементи електричного кола умовно можна розділити на активні й пасивні. Активним називається елемент, що містить у своїй структурі джерело електричної енергії. До пасивного відносяться елементи, у яких енергія розсіюється (резистори) або накопичується (котушки індуктивності й конденсатори).

У кожного елемента кола можна виділити певне число затискачів (полюсів), за допомогою яких він з'єднується з іншими елементами. Розрізняють дво- та багатополюсні елементи. Двополюсники мають два затискачі. До них відносяться джерела енергії (за винятком керованих та багатофазних), резистори, котушки індуктивності, конденсатори. Прикладом багатополюсних елементів є тріоди, трансформатори, підсилювачі й т.д.

Роботу будь-якого елементу можна описати певною характеристичною залежністю. До основних характеристик елементів кола відносяться їх вольт-амперні, вебер-амперні й кулон-вольтні характеристики, які описуються диференціальними або (і) алгебричними рівняннями. Якщо елементи описуються лінійними диференціальними або алгебричними рівняннями, то вони називаються лінійними, у протилежному випадку вони відносяться до класу нелінійних. Кола, що містять тільки лінійні елементи, називаються лінійними. Наявність у колі хоча б одного нелінійного елемента відносить його до класу нелінійних.

Слід зазначити, що у реальних колах не існує точно лінійних елементів. “Лінійні” елементи можна розглядати як лінійні в певному діапазоні струмів із якоюсь мірою наближення. Розгляд їх як лінійних, надає можливість істотно спростити математичний опис й аналіз процесів, який визначається межами зміни характеризуючих їх змінних й їхніх частот. Коефіцієнти, що зв'язують змінні, їхні похідні й інтеграли в цих рівняннях, називаються параметрами елемента.

Якщо параметр елемента не є функцією просторових координат, що визначає його геометричні розміри, то він називається елементом із зосередженими параметрами. Якщо елемент описується рівняннями, у які входять просторові змінні, то він відноситься до класу елементів з розподіленими параметрами. Класичним прикладом останніх є лінія передачі електроенергії (довга лінія).

В реальних колах елементи між собою з’єднуються за допомогою проводів (металевих провідників). При постійній та промисловій частототах потенціали у кожній точці цих проводів по всій їх довжині мають однакові значення. Однак, з курсу фізики відомо, що ЕРС можемо знайти у вигляді

,

де – магнітний потік у колі синусоїдного струму. Звідки

.

Таким чином, в області високих частот слід враховувати розподіл потенціалу по довжині проводу.