Тема 1.2 Электрические цепи постоянного тока

1) Общие сведения об электрических цепях. Основные элементы расчета электрических цепей: источники и приемники электрической энергии. ЭДС источника и напряжение на его зажимах. Электрический ток, его величина, направление, плотность тока

Электрическая цепь - это совокупность устройств и соединяющих проводников, образующих замкнутый путь для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которой могут быть описаны с помощью понятий силы тока, напряжения и ЭДС. Электрические цепи могут быть разветвленными и неразветвленными, линейными и нелинейными. Основными элементами электрической цепи являются электроприемник (потребитель) и источник электрической энергии.

Электроприемник - это элемент электрической цепи, в котором происходит преобразование электрической энергии в необходимый вид энергии.

Источник - это элемент электрической цепи, который предназначен для получения электрической энергии. Каждый источник характеризуется значением ЭДС.

ЭДС — это физическая величина, численно равная работе сторонних сил по перемещению заряда вдоль замкнутого контура.

Напряжение — это давление от источника питания электрической цепи, которое обеспечивает движение заряженных электронов (ток) через проводящий контур, позволяя им выполнять полезную работу. – отношение работы электрического поля при переносе пробного заряда из точки A в B к величине этого пробного заряда.

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. Количественными характеристиками электрического тока являются сила тока и плотность тока.

Сила тока - это физическая величина, численно равная заряду, прошедшему за некоторое время через поперечное сечение проводника. Силу тока также можно найти по закону Ома.

Плотность тока - векторная величина, численно равная силе тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника.

Направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов. При этом единственными носителями тока являются отрицательные заряды.

2) Закон Ома для участка цепи и для полной цепи. Электрическое сопротивление и проводимость. Зависимость сопротивления проводника от его размеров, материала и температуры. Работа и мощность электрической цепи

Закон Ома для участка цепи - сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи. I=U/R

Закон Ома для полной цепи - сила тока полной цепи пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. I = ε/(r+R) _{(где r-сопротивление источника)}

Электрическая проводимость (g = 1 См) - это способность материала проводить электрический ток. Величина обратная сопротивлению. (G=I/U)

Электрическое сопротивление - это способность материала препятствовать протеканию электрического тока. (R=U/I)

Чем длиннее проводник, тем больше его электрическое сопротивление. Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, т. е. чем толще проводник, тем его сопротивление меньше, и, наоборот, чем тоньше проводник, тем его сопротивление больше. (R=ρL/S) (ρ-удельное сопр материала)

С ростом температуры электрическое сопротивление проводников увеличивается, с понижением – уменьшается. При очень низких температурах сопротивление некоторых металлов и сплавов падает до нуля (сверхпроводимость). ΔR = α*R*ΔT, где α - температурный коэффициент электрического сопротивления. У полупроводников - обратная зависимость, т. е. чем больше температура, тем сопротивление меньше.

При прохождении тока в цепи электрическое поле совершает работу по перемещению заряда. В этом случае работу электрического поля называют работой электрического тока.

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа: A = UIt. Единицей работы (Дж). Работа электрического поля – это произведение электрического напряжения на заряд, протекающий по проводнику.

Мощность – это физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Есть 2 типа мощности: мощность источника (Р_ист=Е₁) и мощность приемника (P_пр=l²R) (P=UI=I²R=U²/R) Вт.