1.6.Вопросы и задания для самопроверки

1. Сформулируйте законы Кирхгофа и Ома.

2. Дайте определение тока, напряжения, ЭДС, электрического потенциала, разности потенциалов.

3. Поясните физические процессы, происходящие в простейшей замкнутой электрической цепи.

4. Поясните, что такое ветвь, узел, контур электрической цепи.

5. Перечислите особенности согласованного режима, режимов холостого хода и короткого замыкания.

6. Когда при расчетах токи и напряжения в цепи получаются отрицательными? Что означает отрицательное значение тока или напряжения?

7. Что показывает стрелка положительного направления для переменного тока, значения которого могут быть как положительными, так и отрицательными?

8. Рассматривая простейшие конструкции катушки и конденсатора и силовые линии полей в них, определить элемент, который при прочих равных условиях легче обнаружить.

9. Рассчитайте ток через конденсатор, если напряжение на нем линейно возрастает с течением времени.

10. Докажите, что напряжения на конденсаторах и токи через катушки индуктивности не могут изменяться скачками.

11. Найдите напряжение на катушке, если ток через нее возрастает с течением времени по линейному закону (по экспоненциальному закону, квадратично).

12. Когда в первое уравнение соединений для узла (первый закон Кирхгофа) токи записываются со знаком минус? Поясните это правило, исходя из закона сохранения заряда.

13. В каком случае во второе уравнение соединений (второй закон Кирхгофа) напряжения и ЭДС записываются со знаком минус? Поясните это правило, исходя из закона сохранения энергии (работы).

14. В какой цепи мгновенная мощность электрического тока может быть отрицательной? Что означает отрицательная величина мгновенной мощности?

15. Почему для съема информации с участка цепи удобнее использовать вольтметры, амперметры?

16. Как известно, наиболее часто встречающаяся неисправность в электрических цепях — обрыв цепи. Какой принцип в этом случае использовать при проектировании устройства охраны — обнаруживать обрыв или короткое замыкание в контрольной цепи охраняемого объекта?

Глава 2. Электрические цепи постоянного тока

2.1.Электрическая цепь и элементы цепи

Электрическая цепь (рис. 2.1) постоянного тока выглядит следующим образом.

Рис. 2.1. Электрическая цепь постоянного тока	Рис. 2.2. Приемник энергии пассивный (а) и активный (б)

Ток — , напряжение , ЭДС обозначаются большими латинскими символами. На схеме пунктиром показан реальный источник ЭДС — потребитель энергии. Величина постоянного тока определяется выражением (1.2)

Закон Ома.

Из (1.5) следует, что падение напряжения на активном резисторе равно произведению величины сопротивления на силу тока протекающего через него:

(2.20)

Откуда сопротивление , единица измерения которого один Ом. Для пассивной ветви (рис. 2.2, а) закон Ома запишем .

Величина постоянного напряжения (рис. 2.2, а) определяется:

(2.21)

где: — энергия сторонних сил для переноса единицы заряда ;

и , соответственно мощность и ток.

Из (2.2) следует важный вывод:

— Закон Джоуля-Ленца. (2.22)

Полезная (активная) мощность измеряется в ваттах (Вт) и характеризует интенсивность преобразования электрической энергии в тепловую энергию в единицу времени. Коэффициентом преобразования является сопротивление , которое в соответствии с п. 1.2 физически отражает способность реальных объектов нагреваться при прохождении постоянного тока, и оценивается в омах (Ом).

В ЭЦ рис. 2.1 два элемента потребляют мощность соответственно и , а один источник энергии с мощностью .

В ЭЦ должен выполняться баланс мощности, физически отражающий закон сохранения энергии.

Уравнение баланса:

(2.23)

и для нашего случая .

В выражении (2.4) составляющие в сумме потребителей мощности имеют только положительные значения и не зависят от знака тока. Составляющие в сумме источников ЭДС имеют разные знаки в зависимости от режима работы источника энергии.

Следует учитывать режим работы (рис. 2.1, рис. 2.2) в зависимости:

• направление и (рис. 2.1) совпадают — источник ЭДС работает в режиме источника энергии и в сумме (2.4) берется знак «+».

• направление и противоположно на рис. 2.1 ( изображен пунктирной линией) — источник ЭДС работает в режиме потребления энергии и в сумме (2.4) берется со знаком «–».

Пунктиром на рис. 2.1 показан реальный источник ЭДС-Е, отмечающийся от идеального п. 1.1 наличием внутреннего сопротивления и отражающего потери энергии (обычно в виде тепла).

Уравнение электрического состояния источника ЭДС будет иметь вид

(2.24)

Аналогичную запись уравнения электрического состояния имеет активная ветвь цепи рис. 2.2, б. Формула 2.5 представляет собой закон Ома для активной ветви ЭЦ.

Основные положения, изложенные в п. 2.1 материалов:

Электрическая цепь постоянного тока содержит реальный источник энергии и потребитель этой энергии. Ток и напряжение в цепи связаны законом Ома для пассивной и активной ветвей. В электрической цепи постоянного тока выполняется баланс мощности. Источник ЭДС может работать в режимах источника или потребителя энергии.