Электрические цепи. Классификация. Основные понятия

Электрическая цепь (ЭЦ) - это совокупность соединенных друг с другом источников электрической энергии (ИЭЭ) и её приемников (нагрузок), по которым может протекать электрический ток или создаваться разность потенциалов.

ЭЦ предназначены для генерирования, передачи и распределения ЭЭ, а также для взаимных её преобразований в другие виды энергии.

Электрические процессы (ЭП) - процессы, описывающие изменение токов и напряжений в электрической цепи.

ЭП описываются следующими понятиями:

1. Электрический ток (ЭТ) - направленное движение электрических зарядов (направленное движение- движение с тенденцией, но не в полном порядке).

Изменение тока во времени имеет случайный характер.

Ток бывает:

• постоянный ток - I₌

Под постоянным током понимают среднее состояние тока.

• переменный ток - I_~

Переменный ток – отклонение тока относительно постоянной средней составляющей (значение тока равно значению отклонения).

Е сли I₌ - постоянная составляющая тока,

I_~ - переменная составляющая тока,

то i(t)=I₌+I_~(t) - переменныё ток по стандарту

Если значение I_~ значительно меньше I₌ (I_~ не несет информации), то можно считать, что при подсоединении амперметра будет происходить усреднение.

Если в I_~ содержится информация, но она незначительна, то возникает задача выделения I_~ и доведения её до необходимого значения.

Положительное направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов.

2. ИЭЭ

ЭДС – работа сторонних сил иного характера, чем электричество, приводящая к тому, что отрицательно (‑) и положительно заряженные свободные носители заряда (СНЗ) разделяются. Численно равна силе, действующей на единичный + заряд.

F₊=q⁺¹E

F_-=q^-1E

ИЭЭ – разделяет по полярности заряды за счет действия сторонних сил.

Между пластинами возникает электрическое поле (ЭП), которое характеризуется E (напряженностью). ЭП оказывает на СНЗ в пространстве между пластинами, силы противоположны по направлению соответствующим сторонним силам.

E увеличивается (↑) до тех пор, пока силы поля не уравновесят сторонние силы – достигается состояние динамического равновесия. Это объясняется тем, что скорости СНЗ в среде между пластинами случайны как по значению, так и по направлению. Как внутри, так и снаружи объема устанавливается среднее значение E, а это значит, что между A и B разность потенциалов равна U.

Если между полюсами ИЭЭ нет среды с СНЗ, то силы поля ничего перемещать не будут, а значит, что ИЭЭ работает в режиме холостого хода (ХХ). Тока нет, источник энергию не отдает.

Если же СНЗ присутствуют, поле, которое существует, будет перемещать +СНЗ вниз, т.к. на них действует сила F₊(т.к. внизу избыток ‑ ), а –СНЗ ‑ вверх. Это взывает недостаток зарядов соответствующего знака на пластинах, а значит напряженность поля ↓, силы противодействия ↓, что дает возможность восполнить недостаток за счет сторонних сил.

В силу природы проводника между пластинами будет разное сопротивление движению СНЗ, т.е. разное сопротивление ЭТ. Этот режим работы называется работой под нагрузкой.

Различают также режим короткого замыкания (КЗ).

A и B соединяются идеальным проводником (R=0). В этом случае внутреннего сопротивления нет. U_{AB КЗ}=0. Этот режим на практике является аварийным режимом. Сопротивление перемычки очень мало, но конечно (≠0), I_кз – очень большое. P=I²R=IU – мощность, также имеет большое численное значение.

На практике режим КЗ устраивать нельзя! При анализе эквивалентных схем режим КЗ применяется, как метод исследования.

В режиме ХХ передачи энергии нет, т.к. при ХХ U=E, а I=0 → P_хх=UI=0.