1.3 Индуктивный и емкостный элементы
Эти элементы имеют принципиальное отличие от резистивных элементов в том, что в них не происходит необратимого преобразования электрической энергии в другие виды энергии. Поэтому когда сопоставляют элементы по своему характеру, то резистивные элементы называют активными, а индуктивный и емкостный – реактивными.
Классическим примером индуктивного элемента является катушка, намотанная на магнитопровод (сердечник). Примерами емкостного элемента являются конденсаторы плоские, цилиндрические, сферические и т.д.
Напряжение uL на идеальном индуктивном элементе связано с током iL в этом элементе формулой
(1.5)
где L – индуктивность элемента, Гн.
Для идеального емкостного элемента ток iC и напряжение uC выражаются идентичной формулой
(1.6)
где С – емкость элемента, Ф.
Из (1.5) и (1.6) следуют выводы:
при постоянном токе (iL = const) напряжение uL = 0, вследствие чего и сопротивление индуктивного элемента на постоянном токе равно нулю;
при постоянном напряжении (uC = const) ток iC = 0, вследствие чего сопротивление емкостного элемента на постоянном токе равно бесконечности.
Таким образом, индуктивный элемент пропускает постоянный ток без сопротивления, а емкостный элемент не пропускает постоянный ток.
Конденсаторы можно рассматривать как идеальные емкостные элементы. Однако катушки индуктивности часто имеют значительное резистивное сопротивление и поэтому не могут рассматриваться в качестве идеальных индуктивных элементов.
Условное обозначение в схемах электрических цепей:
идеального
индуктивного элемента:
;
и
деального
емкостного элемента:
1.4 Источники постоянного напряжения
Источник постоянного напряжения (ИПН) характеризуется следующими основными параметрами:
электродвижущей силой (ЭДС) Е;
внутренним сопротивлением R0;
напряжением U на зажимах (полюсах) источника.
Схема ИПН с подключенным к нему приемником R изображена на рисунке 1.2,а.
Основной характеристикой ИПН является его ВАХ (внешняя характеристика) – зависимость напряжения U на его зажимах от тока I источника (прямая 1 на рисунке 1.2,б).
(1.7)
Уменьшение
напряжения U
источника
при увеличении тока объясняется
увеличением падения напряжения на
внутреннем сопротивлении Ro
источника
(слагаемое
в
(1.7)).
Прямая
2 соответствует ВАХ идеального ИПН, у
которого
.
Анализ (1.7) позволяет сделать выводы:
- при токе источника I = 0 (холостой ход источника) напряжение источника равно его ЭДС: U = E|I = 0;
ЭДС источника – это его напряжение в режиме холостого хода;
по известной ВАХ источника (рис. 1.2,б) можно определить его внутреннее сопротивление по формуле:
;
(1.8)
- ЭДС источника (рис. 1.2,а) можно измерить в режиме холостого хода вольтметром pVl с относительно большим внутренним сопротивлением Rv, так как при (Rv>> R0) из (1.7) имеем:
.
(1.9)
Рис. 1.2. Схема простейшей электрической цепи (а) и ВАХ ИПН (б)