Активные элементы

Реальные источники энергии работают в одном из следующих режимов:

источник напряжения - во всем диапазоне допустимых значений тока, при этом напряжение на его зажимах слабо зависит от протекающего тока;

источник тока - в рабочем диапазоне ток, генерируемый источником, слабо зависит от напря­жения на его зажимах.

Идеальный источник ЭДС (e) , это активный элемент, напряжение на зажимах которого не зависит от протекающего через этот источник тока, при этом полагают, что у такого источника внутреннее сопротивление равно нулю.
Идеальный источник тока (J), это активный элемент ток которого не зависит от напряжения на его зажимах, при этом полагают, что внутреннее сопротивление такого источника бесконечно велико или его внутренняя проводимость равна нулю.

Реальные источники энергии отличаются от иде­альных источников тем, что напряжение на их зажимах и ток зависят друг от друга, то есть зависят от нагрузки.

Эквивалентные преобразования источников электрической энергии

Свойства линейных электрических цепей

Графическое изображение электрической цепи называется электрической схемой.

В общем случае электрическая цепь и, следовательно, схема, состоит из ветвей и узлов.

Ветвь – это участок электрической цепи (схемы), вдоль которого протекает один и тот же ток. Элементы ветви соединены последовательно, а общее напряжение равно алгебраической сумме напряжений на каждом элементе. Направление напряжения учитывается знаком слагаемого.

Параллельное соединение нескольких ветвей означает, что они подсоединены к одной и той же паре узлов, и к ним приложено одно и то же напряжение.

На рисунке приведена электрическая цепь, четыре ветви которой соединены параллельно.

Узел (вершина) – место соединения трех и более ветвей электрической схемы.

При расчете электрических цепей необходимо учитывать направление токов и напряжений. Положительным на­правлением тока принято считать направленное перемещение положительных зарядов, т.е. от положительной клеммы источника к отрицательной клемме (от большего потенциала к меньшему). Если ток идет в противоположном направлении, ему приписывают отрицательный знак.

, где .

В соответствии с законом Ома положительное направление напряжения совпадает с положительным направлением тока. Если направление тока неизвестно, его выбирают произвольно, а истинное его направление укажет знак, получившийся в результате расчета.

Основные уравнения цепей вытекают из общих уравнений ТЭМП, в частности из принципа непрерывности электрического тока и закона электромагнитной индукции.

Основные уравнения электрических цепей. Законы Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда, т.е. приходящий за определенное время к узлу заряд, равен заряду, уходящему за то же время от узла. Следовательно, заряд в узле не накапливается и не расходуется. Таким образом, первый закон Кирхгофа имеет следующую формулировку: алгебраическая сумма токов в ветвях, сходящихся в узле, равна нулю. В дальнейшем будем в уравнениях, составленных по первому закону Кирхгофа, считать токи, направленные к узлу отрицательными, а токи, направленные от узла положительными.

Первый закон Кирхгофа применим не только к узлу, но и к любому контуру электрической цепи, поскольку и в данном случае накопление заряда отсутствует. Контуром называется замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям. В зависимости от числа контуров, различают одноконтурные и многоконтурные схемы.

Если к узлу присоединен источник тока, то ток этого источника также необходимо учитывать.

Второй закон Кирхгофа формулируется следующим образом: алгебраическая сумма ЭДС в любом контуре цепи равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах этого контура:

.

Зачастую используют и другую формулировку: алгебраическая сумма напряжений на зажимах ветвей, входящих в контур, равна нулю:

.

Обход контура осуществляют в произвольно выбранном направлении, (например по часовой стрелке) с соблюдением следующего правила: все контурные ЭДС и падения напряжения, совпадающие с выбранным обходом, записываются с одинаковыми знаками. При этом следует помнить, что падения напряжения совпадают по направлению с током.

Закон Джоуля-Ленца. Мгновенная мощность p [Вт], рассеянная в сопротивлении R при протекании электрического тока i, равна:

.

Энергия [Вт∙с], потребляемая сопротивлением, начиная от момента времени равного нулю и до некоторого момента времени t, будет равна:

.