1. Электрические цепи, основные понятия и определения.

Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, предназначенных для создания, транспортировки, потребления электрической энергии.

В электрических цепях следует выделить источники электрической энергии и приемники, которые соединяются между собой каналами связи или соединительными проводами.

Источником электрической энергии называется устройство, в котором, какой-либо вид энергии (механическая, световая, химическая) преобразуется в электрическую. Источниками электрической энергии являются генераторы, аккумуляторы, солнечные батареи и пр.

Например, механическая энергия паровых турбин либо гидротурбин на электростанциях преобразуется в электрическую, в аккумуляторах – химическая энергия преобразуется в электрическую.

Источник электроэнергии характеризуется электродвижущей силой ЭДС.

Приемником электрической энергии называется устройство, в котором, электрическая энергия преобразуется в другой вид энергии. Приемниками электрической энергии являются двигатели, нагревательные элементы и пр.

Электромагнитные процессы в электрической цепи могут быть описаны с помощью понятий электродвижущей силы e(t), тока i(t), напряжения u(t) и др. В общем случае эти параметры электрической цепи являются функцией времени и их величины в произвольным момент времени называются мгновенными значениями.

Электрические цепи в которых ток I, напряжение U, электродвижущая сила E не являются функцией времени, называются цепями постоянного тока.

Одной из характеристик электрической цепи является потенциал φ.

0. 1.1 Основные элементы электрической цепи.

Любое электротехническое устройство может быть описано с помощью электрических схем, которые формируются с помощью идеализированных элементов. Они могут быть пассивными и активными. Пассивные элементы электрической цепи потребляют электрическую энергию, а активные – генерируют ее.

0. 1.1.1 Пассивные элементы.

К пассивным элементам относятся резистивный, индуктивный и емкостной элементы.

Резистивный элемент

Резистивным элементом называется элемент, в котором электрическая энергия преобразуется в тепловую или в другой вид полезной энергии.

Обозначение резистивного элемента в электрических схемах приведено на рис. 1.1.

Количественной характеристикой резистивного элемента является сопротивление r, R, либо величиной обратной сопротивлению, называемый проводимость . В системе СИ сопротивление измеряется в Омах Ом, а проводимость - в Сименсах См.

Функциональная зависимость между током i и напряжением u на зажимах резистивного элемента описывается законом Ома:

, .

Э та зависимость может быть оценена с помощью вольтамперной характеристика (ВАХ) (рис.1.2). В общем случае сопротивление резистивного элемента может быть функцией напряжения или тока.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) имеет вид прямой линии, когда сопротивление резистивного элемента r не зависит от тока i и напряжения u, и нелинейная, когда r является функциональной зависимостью либо i либо u.

Резистивный элемент характеризуется мощностью.

Мгновенная мощность:

.

Средняя мощность, потребляемая резистивным элементом за промежуток времени T равна:

.

Для цепей постоянного тока средняя мощность определяется выражением:

.