Тема 2. Линейные электрические цепи постоянного тока.

1. Определение эдс, мощность, падение напряжения, тока.

ЭДС источника энергии Е численно равна работе, совершаемой сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда от зажима источника с меньшим потенциалом к зажиму с большим потенциалом.

Напряжение — количество энергии W, затрачиваемое на перенос единицы заряда из одной точки в другую: . Напряжение между точками 1 и 2 электрической цепи есть разность потенциалов φ между этими точками .

Электрический ток — упорядоченное движение электрических зарядов на определенном участке электрической цепи. За положительное направление тока принимается направление движения положительно заряженных частиц. Величина (сила) тока і отражает скорость изменения заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника в единицу времени t : .

Если количество зарядов, проходящих через поперечное сечение проводника в единицу времени, не изменяется, то электрический ток называется постоянным. Переменный ток (или электрический сигнал) является функцией времени, которая может непрерывной или импульсной, с различным законом изменения амплитуды.

Падение напряжения - постепенное уменьшение напряжения вдоль проводника, по которому течет ток, обусловленное тем, что проводник обладает активным сопротивлением. По закону Ома на участке проводника, обладающем активным сопротивлением R, ток I создает падение напряжения U = IR.

2. Закон Ома для активного и пассивного участка цепи.

Закон Ома применительно к пассивной ветви имеет вид (рис.2.1а): , а для активной ветви (рис.2.1б) : . Если на схеме (рис.2.1б) ЭДС направить навстречу току, то . Обобщенный закон Ома для участка цепи ав : ,

а) б)

Рисунок 2.1 — Пассивная (а) и активная (б) ветви электрической цепи

где суммы падений напряжения и ЭДС в ветви — алгебраические (знак слагаемого определяется с учетом направления тока), а сумма сопротивлений — арифметическая (без учета знака). Падение напряжения и ЭДС входят в сумму со знаком «+» при совпадении с выбранным направлением тока, со знаком «-» при противоположных направлениях.

3. 1, 2 Закон Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа (Закон токов Кирхгофа, ЗТК): алгебраическая сумма токов в любом узле любой цепи равна нулю (значения вытекающих токов берутся с обратным знаком): . Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает.

Второй закон Кирхгофа (Закон напряжений Кирхгофа, ЗНК): алгебраическая сумма падений напряжений по любому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура. Если в контуре нет ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю:

для постоянных напряжений

для переменных напряжений

Иными словами, при обходе цепи по контуру, потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению.

Законы Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.

Законы Кирхгофа, записанные для узлов и контуров цепи, дают полную систему линейных уравнений, которая позволяет найти все токи и напряжения.