1.2. Двухполюсные элементы

Любой двухполюсный элемент схемы может быть условно пред­ставлен так, как показано на рис.1.1(а,б). Зажимы 1 и 2 присоединяют данный элемент к другим элементам. Напряжение между этими зажимами и ток элемента обозначены со­ответственно через и₁₂ , i. Напряжение измеряется в вольтах (В), ток — в амперах (А). Стрелки опреде­ляют положительные направления н апряжения (тока).

Н

Рис.1.1.

апряжение и и ток i в общем случае представляют собой функции времени t:

.

Для любого фиксированного момента времени напряжение и ток могут быть положительными, отрицательными или равными нулю. Положи­тельное направление выбирают для того, чтобы придать знакам напряжения и тока определённый смысл.

Напряжение и₁₂ (рис.1.1) отождествляют с разностью потенциа­лов (потенциал любой точки схемы отсчитывается относительно некоторой точки, потенциал которой принимается равным нулю) на зажимах 1 и 2, т. е.

.

Если для какого-либо момента времени напряжение и₁₂>0 (и₁₂<0), то это означает, что потенциал узла 1 больше (меньше) потенциала узла 2.

Положительное направление напряжения можно указать двой­ным индексом. Так, на рис.1.1 в качестве положительного направ­ления выбрано направление напряжения u₁₂. При этом

.

Ток i равен скорости изменения заряда q, переносимого заряжен­ными частицами через поперечное сечение участка цепи, т.е.

.

В общем случае заряд q представляет собой сумму заряда q+, переносимого положительно заряженными частицами, и абсолют­ной величины заряда q-, переносимого отрицательно заряженными частицами. Величина заряда измеряется в кулонах (Кл). За направление тока принимают направление перемещения положительно заряженных частиц, или, что то же самое, направление, противопо­ложное направлению перемещения отрицательно заряженных частиц. Если при указанном положительном направлении в некоторый момент времени ток i > 0 (i < 0), то это означает, что направ­ление тока совпадает с положительным направлением (противопо­ложно положительному направлению).

Положительное направление напряжения и тока выбирают произвольно. Любые соотношения, характеризующие взаимо­связь между напряжениями и токами элемента (схемы в целом), имеют смысл лишь для выбранных положительных направлений.

У двухполюсного элемента ток через поперечное сечение провод­ника у зажима 1 равен току через поперечное сечение проводника у зажима 2 (рис.1.1,а,б).

Произведение ui выражает мгновенную мощность

,

которая характеризует скорость изменения энергии :

.

Энергия за интервал времени от 0 до t₁ будет равна:

.

Если для любого интервала времени >0, то соответствующий двухполюсный элемент является потребителем энергии (пассивный элемент).

Если для любого интервала времени <0, то соответствующий двухполюсный элемент является источником энергии (активный элемент).

Или, другими словами, если у двухполюсного элемента ток направлен к точке большего потенциала (рис.1.1,а), то такой двухполюсник является источником (И) электрической энергии.

Если же у двухполюсного элемента ток направлен от точки большего потенциала (рис.1.1,б), то такой двухполюсник является потребителем (П) электрической энергии.