1. Только в замкнутой цепи может протекать ток;

2. В разомкнутой цепи ток не существует, но может существовать напряжение или эдс.

Ток протекает по проводнику цепи, поэтому стрелку тока принято размечать на самом проводнике.

За положительное направление тока во внешней цепи, принято направление от высшего потенциала к низшему, то есть от «+» к «».

За положительное направление тока во внутренней цепи принято направление от низшего потенциала к высшему, то есть от «» к «+».

Напряжение на любом участке цепи есть реакция на ток, поэтому стрелку напряжения принято размечать параллельно элементу и всегда против ранее размеченной стрелки тока. (см. рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 - Стрелки тока и напряжения

Электрическая цепь может работать в различных режимах, однако все эти режимы, сколько бы их не было, находятся между двумя крайними режимами - холостым ходом и коротким замыканием.

Рисунок 1.8 - Режим холостого хода

Режимом холостого хода цепи называют такой режим, при котором сопротивление нагрузки , то есть внешняя цепь разомкнута (см. рисунок 1.8). Следовательно,

.

При режиме холостого хода ток холостого хода равен нулю.

Режимом короткого замыкания цепи называется такой режим, при котором сопротивление нагрузки , то есть внешняя цепь замкнута накоротко (см. рисунок 1.9).

Рисунок 1.9 - Режим короткого замыкания

Следовательно,

. (1.4)

Таким образом, при коротком замыкании ток в цепи максимален и ограничивается только величиной внутреннего сопротивления источника энергии.

Чтобы ток короткого замыкания не разрушал источника его внутреннее сопротивление не должно быть слишком малым.

Если записать уравнения электрического состояния цепи, показанной на рисунке 1.1, по второму закону Кирхгофа, то получим

, отсюда

. (1.5)

Из выражения (5) следует, что

. (1.6)

ЭДС источника численно равна напряжению на его клеммах при холостом ходе.

ЭДС источника отличается от напряжения источника на величину потери напряжения внутри источника.

ЭДС - самое большое напряжение, которое может развивать источник при холостом режиме.

Из выражения (1.5) следует, что внутреннее сопротивление должно быть минимальным, чтобы внутри источника не было больших потерь напряжения.

Из условий (1.4) и (1.5) выбирается оптимальное значение величины внутреннего сопротивления источника.

1.2 Об эквивалентных схемах для источников энергии

П окажем, что источник энергии с известной ЭДС и внутренним сопротивлением может быть представлен двумя основными эквивалентными схемами, изображенными на рисунке 1.10.

Схема 1

Рисунок 1.10 - Эквивалентные схемы источников энергии

Здесь имеют место два варианта схем:

Схема «а»

Внутреннее сопротивление источника энергии также как сопротивление нагрузки ограничивает величину тока.

Поэтому на эквивалентной схеме можно сопротивление вынести за источник и присоединить последовательно с сопротивлением нагрузки.

Схема «b»

Если , то есть источник находится в режиме близком к холостому ходу, что можно практически пренебречь его внутренним сопротивлением и падением напряжения на нем.

Источник энергии без внутреннего сопротивления ( ) называется источником ЭДС или источником напряжения (см. рисунок 1.11).

Рисунок 1.11 - Внешняя характеристика источника напряжения

Таким образом, напряжение на зажимах источника ЭДС не зависит от сопротивления нагрузки и равно ЭДС.

Схема 2

Рисунок 1.12 - Эквивалентные схемы источников энергии

Схема «с»

Для обоснования этой схемы имеем

.

Разделим обе части уравнения на ,

где - ток короткого замыкания источника;

- некоторый внутренний ток; (1.7)

- ток нагрузки.

.

Схема «d»

Если , то есть , то источник находится в режиме близком к короткому замыканию и можно принять

.

Источник с внутренней проводимостью ( ), обозначаемый кружком стрелкой и буквой , называется источником тока (ге­не­ра­тором тока).

Внешняя характеристика такого источника показана на рисунке 1.13.

Рисунок 1.13 - Внешняя характеристика источника тока

Ток источника тока не зависит от сопротивления приемника и равен . Таким образом, в зависимости от соотношения между внутренним сопротивлением источника и сопротивлением нагрузки, реальные источники энергии заменяются эквивалентными источниками ЭДС или источниками тока.

Обычно, источник энергии можно заменить источником ЭДС или источником тока и тогда, когда соизмеримо с сопротивлением нагрузки . Для этого, необходимо сопротивление (схема «а») или проводимость (схема «с») вынести из источника энергии и объединить с сопротивлением или проводимостью нагрузки.

Источники ЭДС и источники тока называются активными элементами электрических схем, а сопротивления и проводимости - пассивными.