Понятие электрического тока, эдс и напряжения

Электрический ток - это упорядоченное движение электрических зарядов под действием сил электрического поля. Ток бывает постоянным и переменным. Постоянным называют электрический ток, который не изменяется с течением времени. Если ток изменяется с течением времени по значению или направлению, его называют переменным. На рис. 1.2 показаны графики возможнонго изменения электрического тока.

Рис. 1.2. Постоянный (1) и переменный синусоидальный (2) токи

Сила электрического тока I - это количество электричества Q (электрических зарядов), протекающее через поперечное сечение проводника в единицу времени t

.

Единица измерения силы тока - ампер [A].

Сопротивление проводника характеризует его способность противодействовать протеканию электрического тока. Сопротивление зависит от материала проводника (его удельного сопротивления ) и его геометрических размеров (длины и площади поперечного сечения F)

.

Единица измерения сопротивления - ом [Ом].

Электрический ток возникает под действием электрического поля, которое представляет собой особый вид материи, характеризующийся силовым действием на заряженные частицы, помещенные в это поле.

При перемещении положительного заряда из одной точки поля в другую, электрическое поле совершает работу. Отношение этой работы А к значению заряда q называют напряжением межу этими точками

.

Единица измерения напряжения - вольт [В].

Можно вывести понятие напряжения и из количественной характеристики электрического поля - потенциала . Напряжением между двумя точками электрического поля называют разность потенциалов в этих точках (₁ и ₂)

.

Электрические заряды перемещаются как по внешней электрической цепи, так и по внутренней (источнику энергии). Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника, совершают работу А_ВН. Отношение этой работы к значению заряда q, перемещаемого вдоль цепи, называется электродвижущей силой (ЭДС) источника энергии

.

ЭДС, как и напряжение, измеряется в вольтах [B].

Работа и мощность электрического тока

Работа А электрического тока на участке цепи с электрическим сопротивлением R за интервал времени t равна

,

где I - сила тока, протекающего по участку цепи, А;

U - напряжение на зажимах участка цепи, В.

Работу измеряют в джоулях [Дж].

Мощность электрического тока Р равна отношению работы тока А к интервалу времени t, за который она совершена

.

Мощность измеряют в ваттах [Вт].

1.2. Методы анализа

Электрические цепи в зависимости от количества источников энергии содержащихся в них делят на простые (содержащие один источник) и сложные (содержащие два и более источника). Для анализа простых цепей применяют методы, основанные на законе Ома, а для анализа сложных цепей - методы, основанные на законах Кирхгофа.

Анализ простых электрических цепей

Соединение потребителей может быть последовательным, параллельным и смешанным.

Последовательное соединение потребителей.

На рис. 1.3 R₁, R₂, R₃ - нагрузочные сопротивления (потребители). При последовательном соединении сила тока в потребителях одинакова, а напряжение U на зажимах цепи равно сумме падений напряжений на ее участках

.

Рис. 1.3. Принципиальная электрическая схема последовательного соединения потребителей

По закону Ома можно записать

,

отсюда общее сопротивление цепи равно

.

Параллельное соединение потребителей.

При параллельном соединении напряжение на всех потребителях одинаково, а ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов параллельно соединенных участков (рис. 1.4)

.

Рис. 1.4. Принципиальная электрическая схема параллельного соединения потребителей

По закону Ома

,

откуда общее сопротивление цепи равно

.

Смешанное соединение потребителей.

При смешанном соединении потребители соединяют как последовательно, так и параллельно (рис. 1.5). В таких случаях применяют метод эквивалентных преобразований схем (последовательное упрощение).

Цепь разделяют на отдельные участки, состоящие только из последовательно или параллельно соединенных потребителей. Для каждого участка определяют его сопротивление

и .

Рис. 1.5. Принципиальная электрическая схема смешанного соединения потребителей

Затем определяют общее сопротивление:

.