Источники электрической энергии

Следует отметить, что реально существуют только источники энергии. Здесь слово «электрической» опущено специально. Источники электрической энергии имеют свои особенности – они должны создавать ЭДС, то есть разность потенциалов на своих клеммах. Эта разность потенциалов создаётся внутри источника сторонней силой, например, в гальванических элементах это химическая реакция. Сторонняя сила заставляет двигаться электроны в одном направлении внутри источника и скапливаться (преодолевая взаимное отталкивание) у одного из полюсов источника. Этот полюс становится отрицательно заряженным. У другого полюса электронов не хватает, то есть преобладает положительный заряд. Внутри источника на электроны действует электрическая сила притяжения к положительному полюсу, но их движению мешает сторонняя сила. Пока работает сторонняя сила, источник энергии способен создавать во внешней цепи ЭДС. При соединении полюсов снаружи проводником (создавая внешнюю цепь), электроны по проводу, уже под действием электрической силы (электрического поля) начнут перемещаться к положительному полюсу, создавая ток проводимости. Однако, следует запомнить (и очень крепко), что за положительное направление тока принято направление от точки с большим потенциалом (то есть от «плюса») к точке с меньшим потенциалом (то есть к «минусу»). Это основополагающее положение электротехники нужно помнить всегда, и действует оно на любом участке электрической цепи. Кроме участка внутри источника, но там всё решает сторонняя сила.

Потребители электрической энергии

Потребителей электрической энергии много. Они делятся на категории по надёжности. Это освещение, силовые установки и многое другое. Здесь речь пойдет о потребителях, встречающихся в электронных приборах.

• Диссипативный элемент. Это элемент цепи, который полностью рассеивает тепло, создаваемое в нём током, в окружающую среду. Этот элемент называют резистор. Резисторы характеризуются двумя основными параметрами: сопротивлением R и мощностью рассеивания тепла. Последний параметр определяется исключительно размерами резистора. (От площади поверхности зависит теплоотдача). Резисторы в электрических цепях называют активными сопротивлениями.

• Реактивные элементы цепи. Название реактивные они получили за присущее им свойство, при определённых условиях возвращать электроэнергию источнику. К ним относятся: индуктивность (накапливает магнитную энергию) и ёмкость (накапливает электрическую энергию). Следует помнить, что индуктивность и ёмкость это свойства проводников, как и заряд, и в руки их взять нельзя. В руки можно взять катушку индуктивности и конденсатор.

Электрическая схема и её элементы

Электрическая схема - это условное изображение электрической цепи, показывающее каким образом электрические элементы соединены между собой. Всего можно выделить три элемента схемы. Главным элементом схемы является узел.

• Узел – это соединение в одной точке трёх и более электрических элементов. Любой анализ электрической схемы всегда начинают с выявления узлов и их маркировки. (см. рис. 1). Выявить узел помогают ветви.

• Ветвь – это последовательное соединение электрических элементов. Самая короткая ветвь – это один электрический элемент. Ветвь всегда начинается в одном узле и всегда заканчивается в другом узле и всегда содержит хотя бы один электрический элемент.

• Контур – это замкнутое соединение электрических элементов. Для анализа схемы имеют значение только независимые контура. Это такие контура в схеме, которые имеют хотя бы одну ветвь, принадлежащую только этому контуру. Если все ветви уже разобраны другими контурами, то контур называется зависимым. Зависимых контуров может быть много и интереса они не представляют.

Проведём анализ схемы, изображённой на рисунке 1а.

Рисунок 1 Пример электрической схемы

В электротехнике много условностей, присущих только ей. Так сложилось исторически:

• Электрические величины, значение которых во времени не меняются, маркируются заглавными буквами: ток I, резистор R, источник ЭДС Е. Нижние индексы тока соответствуют индексам нагрузок, по которым они протекают. Например протекает по R₅.

• Остриё стрелочки тока должно быть контурным, не залитым. Это касается только стрелочки тока, другие стрелочки залитые. Например, стрелочка источника энергии Е.

• Электрические соединения на схеме показываются черной точкой. Если провода пересекаются, а черной точки нет, то нет и электрического соединения. На приведённой схеме соединение не залито (точка пустая). Это означает, что в этих местах находится клемма, чтобы иметь возможность подключить какое-то дополнительное устройства.

• В электротехнике очень часто для краткости термин «сила тока» заменяется кратким – «ток».

• Не очень корректно говорить «ток протекает», хотя допустимо. Когда мы говорим «ток», то имеем в виду «силу тока», получается «сила протекает». Правильнее говорить, например, «ток в резисторе».

Итак, анализ начинаем с узлов. Смотрим, где соединяются три и более ветви. Получается всего 4 узла: узел А, узел Б, узел В и узел Г. Следует обратить внимание на следующее. Если из схемы убрать резистор R₃, оставив соединение проводом точек Б и Г, то узел Г пропадет и превратиться в точку «г» (если эта точка нужна для дальнейшего анализа). В нашем случае, там где был узел Г стал узел Б, (исчезла ветвь с резистором R₃),так как считается, что сопротивление проводов равно нулю (то есть им можно пренебречь).

Схема имеет три независимых контура. Проще всего их рассматривать по ячейкам: левый треугольник, правый треугольник и нижний пятиугольник с ЭДС. Если рассмотреть еще один контур, например, самый большой, внешний, то он не имеет собственных ветвей, ветвь с R₁ уже принадлежит нижнему контуру, ветвь с R₂ уже принадлежит левому треугольнику, а ветвь с R₃ уже принадлежит правому треугольнику. Вывод: контур является зависимым от уже выбранных контуров.

Схема имеет 6 ветвей, следовательно, шесть неизвестных токов (ток это всегда между двух узлов). Внутри ветви сила тока измениться не может, так как сила тока зависит от заряда, заряд – от количества электронов, а оно внутри ветви измениться не может. Ток не меняется от узла до узла.

Если электрическая цепь (схема) не имеет источника электрической энергии, то она называется пассивной.