1.3.Источники эдс и источники тока. Их эквивалентность

Источник ЭДС идеальный и реальный, источник тока. Их взаимное

преобразование

Если при работе источника он не нагревается, то потери энергии внутри отсутствуют и источник называется идеальным. Напряжение между выводами идеального источника ЭДС не зависит от тока. Вольтамперная характеристика его, называемая внешней характеристикой, изображена на рис. 1.2,а, схематично на рис.1.2, б. Однако все источники при работе нагреваются, поэтому обладают внутренним электрическим сопротивлением R_вн. Эквивалентная схема такого источника приведена не рис.1.2,в, а на рис.1.2,г изображена схема соединения источника с нагрузкой.

При напряжении U = 0 ток источника равен току короткого замыкания: .

а б в г

Рис 1.2

В расчетах электрических цепей, кроме источников ЭДС, используют источники тока (рис. 1.3,б).

Источник тока – это такой идеальный источник, который вырабатывает неизменную по величине силу электрического тока ( ) независимо от нагрузки.

Реальный источник тока – это такой источник, у которого внутреннее сопротивление не равно бесконечности ( ).

Докажем, что любому источнику с электродвижущей силой E и внутренним сопротивлением R_E (рис. 1.3, а) может быть найден источник тока J с тем же внутренним сопротивлением R_E (рис. 1.3, б).

Если U и I в цепях (рис. 1.3) равны, то обведенные контуром части схем эквивалентны.

Рис.1.3

Пусть сопротивления R_В в цепях (рис. 1.3) одинаковы. В цепи (рис. 1.3, а) ток можно определить по закону Ома:

. 1.1

В цепи (рис. 1.3, б) ток равен: . С другой стороны: , тогда

. 1.2

Сравнивая формулы (1.1) и (1.2), можно убедиться, что . Это и есть условие эквивалентности источников.

Значит, доказано, что реальному источнику Е, R_в всегда можно найти реальный источник тока J, R_в. Но идеальному источнику Е нельзя найти эквивалентный идеальный источник J, так как внутренние сопротивления у них не могут быть одинаковыми (R_Е = 0, а R_J = )

1.4.Электрические цепи и их классификации

Основные элементы электрической цепи, виды цепей по характеру элементов, по изображению, по сложности; топологические элементы цепи: узел,

контур, ветвь.

Простейшее электромагнитное устройство, приведенное на рис. 1, состоит из источника, приемника и проводников электрической энергии. Эти элементы условно называют основными. Если происходящие процессы в таком устройстве могут быть описаны с помощью понятий ЭДС, напряжение и сила электрического тока, то их называют электрической цепью.

Источник эл. энергии преобразует другие виды энергии в электрическую. Сюда относят различные виды генераторов, аккумуляторы и др.

Приемник эл. энергии преобразуется эл. энергии в иные виды энергии. Сюда относя различные электробытовые приборы, инструменты и т. п.

Проводниками называют устройства для передачи эл. энергии от источника к потребителю. Как правило, это провода, кабели и др.

Часто в эл. цепях содержатся вспомогательные элементы, такие как измерительные приборы, приборы коммутации и т. п.

Электрические цепи записывают в виде схем, на которых показываются основные и вспомогательные элементы и их соединения. Наиболее распространены три вида схем: монтажные, принципиальные и замещения.

На монтажных схемах элементы цепи и их соединение показываются в виде рисунков или эскиза. Эта схема часто используется при соединении кабелей и проводов приборов или установок. Мы к ним прибегать не будем

Принципиальная схема определяет состав элементов входящих цепь и связь между этими элементами. С помощью принципиальной схемы получают детальное представление о принципах работы электрического изделия, установки.

Схема замещения (эквивалентная) — это схема, в которой реальные объекты и устройства замещаются идеализированными моделями. Эти схемы используют для облегчения расчетов. В схеме замещения электрические соединения между элементами такое же, как и в принципиальной схеме.

Все элементы эл. цепи на схемах указывают с помощью условных обозначений (исключение составляют монтажные схемы). Условные обозначения для электрических схем установлены стандартами системы ЕСКД. Условные обозначения некоторых основных элементов эл. цепи и приборов измерения будем приводить по мере изучения.

Линейные и нелинейные элементы цепи. Элементы электрической цепи делятся на линейные и нелинейные, в зависимости от их вольт-амперной характеристики. Вольт-амперная характеристика - это зависимость напряжения на зажимах элемента от тока в нем.

Если сопротивление R элемента не зависит от тока в нем, то такой элемент называют линейным, а его вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию. Электрическая цепь, содержащая только линейные элементы, называется линейной.

Если сопротивление R элемента зависит от тока в нем, то такой элемент называют нелинейным, а его вольт-амперная характеристика носит нелинейный хара/ктер. Электрическая цепь, содержащая хотя бы один нелинейный элемент, называется нелинейной.

Простые и сложные цепи. Простыми электрическими цепями называют цепи, содержащие одни источник энергии. Цепь, содержащая два и более источника, называется сложной. Кроме того участок цепи, содержащий источник электрической энергии, принято называть активным, не содержащий — пассивным.

Топологические элементы цепи: ветвь, узел, контур. Участок электрической цепи от узла до узла, по которому проходит ток одного и того же значения и направления, называют ветвью.

Место соединения трех и более ветвей называют узлом. Узел электрической цепи на схеме отмечают жирной точкой. Если на схеме место скрещивания ветвей точкой не отмечено, это означает, что электрического соединения между ними в месте их пересечения нет.

Часть электрической цепи, образуемой несколькими ветвями, называют контуром. Контур замкнутый, если начальный и конечный узел один и тот же.