Электрические цепи для чайников: определения, элементы, обозначения
Эта статья для тех, кто только начинает изучать теорию электрических цепей. Как всегда не будем лезть в дебри формул, но попытаемся объяснить основные понятия и суть вещей, важные для понимания. Итак, добро пожаловать в мир электрических цепей!
Хотите больше полезной информации и свежих новостей каждый день? Присоединяйтесь к нам в телеграм.
Электрические цепи
Электрическая цепь – это совокупность устройств, по которым течет электрический ток.
Рассмотрим самую простую электрическую цепь. Из чего она состоит? В ней есть генератор – источник тока, приемник (например, лампочка или электродвигатель), а также система передачи (провода). Чтобы цепь стала именно цепью, а не набором проводов и батареек, ее элементы должны быть соединены между собой проводниками. Ток может течь только по замкнутой цепи. Дадим еще одно определение:
Электрическая цепь – это соединенные между собой источник тока, линии передачи и приемник.
Конечно, источник, приемник и провода – самый простой вариант для элементарной электрической цепи. В реальности в разные цепи входит еще множество элементов и вспомогательного оборудования: резисторы, конденсаторы, рубильники, амперметры, вольтметры, выключатели, контактные соединения, трансформаторы и прочее.
Кстати, о том, что такое трансформатор, читайте в отдельном материале нашего блога.
По какому фундаментальному признаку можно разделить все цепи электрического тока? По тому же, что и ток! Есть цепи постоянного тока, а есть – переменного. В цепи постоянного тока он не меняет своего направления, полярность источника постоянна. Переменный же ток периодически изменяется во времени как по направлению, так и по величине.
Сейчас переменный ток используется повсеместно. О том, что для этого сделал Никола Тесла, читайте в нашей статье.
Элементы электрических цепей
Все элементы электрических цепей можно разделить на активные и пассивные. Активные элементы цепи – это те элементы, которые индуцируют ЭДС. К ним относятся источники тока, аккумуляторы, электродвигатели. Пассивные элементы – соединительные провода и электроприемники.
Приемники и источники тока, с точки зрения топологии цепей, являются двухполюсными элементами (двухполюсниками). Для их работы необходимо два полюса, через которые они передают или принимают электрическую энергию. Устройства, по которым ток идет от источника к приемнику, являются четырехполюсниками. Чтобы передать энергию от одного двухполюсника к другому им необходимо минимум 4 контакта, соответственно для приема и передачи.
Резисторы – элементы электрической цепи, которые обладают сопротивлением. Вообще, все элементы реальных цепей, вплоть до самого маленького соединительного провода, имеют сопротивление. Однако в большинстве случаев этим можно пренебречь и при расчете считать элементы электрической цепи идеальными.
Существуют условные обозначения для изображения элементов цепи на схемах.
Кстати, подробнее про силу тока, напряжение, сопротивление и закон Ома для элементов электрической цепи читайте в отдельной статье.
Вольт-амперная характеристика – фундаментальная характеристика элементов цепи. Это зависимость напряжения на зажимах элемента от тока, который проходит через него. Если вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию, то говорят, что элемент линейный. Цепь, состоящая из линейных элементов – линейная электрическая цепь. Нелинейная электрическая цепь – такая цепь, сопротивление участков которой зависит от значений и направления токов.
Какие есть способы соединения элементов электрической цепи? Какой бы сложной ни была схема, элементы в ней соединены либо последовательно, либо параллельно.
При решении задач и анализе схем используют следующие понятия:
Чтобы понять, что есть что, взглянем на рисунок:
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Классификация электрических цепей
По назначению электрические цепи бывают:
Силовые цепи предназначены для передачи и распределения электрической энергии. Именно силовые цепи ведут ток к потребителю.
Также цепи разделяют по силе тока в них. Например, если ток в цепи превышает 5 ампер, то цепь силовая. Когда вы щелкаете чайник, включенный в розетку, Вы замыкаете силовую электрическую цепь.
Электрические цепи управления не являются силовыми и предназначены для приведения в действие или изменения параметров работы электрических устройств и оборудования. Пример цепи управления – аппаратура контроля, управления и сигнализации.
Электрические цепи измерения предназначены для фиксации изменений параметров работы электрического оборудования.
Расчет электрических цепей
Рассчитать цепь – значит найти все токи в ней. Существуют разные методы расчета электрических цепей: законы Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие. Рассмотрим применение метода контурных токов на примере конкретной цепи.
Сначала выделим контуры и обозначим ток в них. Направление тока можно выбирать произвольно. В нашем случае – по часовой стрелке. Затем для каждого контура составим уравнения по 2 закону Кирхгофа. Уравнения составляются так: Ток контура умножается на сопротивление контура, к полученному выражению добавляются произведения тока других контуров и общих сопротивлений этих контуров. Для нашей схемы:
Полученная система решается с подставкой исходных данных задачи. Токи в ветвях исходной цепи находим как алгебраическую сумму контурных токов
Какую бы цепь Вам ни понадобилось рассчитать, наши специалисты всегда помогут справится с заданиями. Мы найдем все токи по правилу Кирхгофа и решим любой пример на переходные процессы в электрических цепях. Получайте удовольствие от учебы вместе с нами!
Элементы цепи.
Когда же существует зависимость параметров элементов электрической цепи от напряжения или тока, графики ВАХ этих элементов будут иметь криволинейный характер, то такие элементы цепи называются нелинейными.
Нелинейной электрической цепью является содержащая хотя бы один из нелинейных элементов электрическая цепь. Различаются в теории электрических цепей пассивные и активные элементы цепи. Пассивные элементы потребляют энергию в электрической цепи, которую в нее вносят активные элементы.
Пассивные элементы цепи.
Обладающий свойством необратимого рассеивания энергии идеализированный элемент электрической цепи называется резистивным сопротивлением.
Вольт-амперная характеристика и его графическое изображение данного элемента показаны на рисунке.
Связаны между собой ток и напряжение на резистивном сопротивлении следующими зависимостями: u = iR, i = Gu. В данных формулах коэффициенты пропорциональности R (сопротивление) и G (проводимость) измеряются в омах [Ом] и сименсах [См]:
Идеализированный элемент электрической цепи, который имеет свойство накапливать энергию магнитного поля называется индуктивным элементом.
Линейной зависимостью между током i и потокосцеплением ψ характеризуется линейная индуктивность, получившая название вебер-амперная характеристика ψ = Li.
Соотношением u = dψ/dt = L(di/dt), связываются между собой ток и напряжение.
В данной формуле коэффициент пропорциональности L и называется индуктивностью, единицей его измерения является генри (Гн).
Идеализированный элемент электрической цепи называется емкостным элементом (емкостью), если он обладает свойством накапливать энергию электрического поля.
Кулон-вольтной характеристикой q = Cu называется линейная зависимость между зарядом и напряжением, характеризующаяся линейной емкостью. Связаны ток и напряжение емкости соотношениями:
Активные элементы цепи.
Элементы цепи, отдающие энергию в цепь, считающиеся источниками энергии называются активными элементами. Различаются зависимые и независимые источники энергии. К независимым относятся источник тока и источник напряжения.
Под источником напряжения подразумевается идеализированный элемент электрической цепи, напряжение на зажимах которого не имеет зависимости от протекающего через него тока.
У идеального источника напряжения равно нулю внутреннее сопротивление.
Идеализированный элемент электрической цепи, от напряжения на его зажимах ток которого не зависит, называется источником тока.
В идеальном источнике тока внутренне сопротивление равно бесконечности.
Если величина тока (напряжения) зависит от тока или напряжения другого участка цепи, то такие источники тока (напряжения) называются зависимыми (управляемыми). Транзисторы, электронные лампы, работающие в линейном режиме усилители моделируются зависимыми источниками.
Существует четыре типа зависимых источников:
Пассивные и активные элементы электрических цепей
Элементом электрической цепи называют идеализированное устройство, отображающее какое-либо из свойств реальной электрической цепи.
Пассивные элементы электрических цепей
Линейная индуктивность характеризуется линейной зависимостью между потокосцеплением ψ и током i, называемой вебер-амперной характеристикой ψ = Li. Напряжение и ток связаны соотношением u = d ψ/dt = L (di/dt)
Коэффициент пропорциональности L в формуле и называется индуктивностью и измеряется в генри (Гн).
Линейная емкость характеризуется линейной зависимостью между зарядом и напряжением, называемой кулон-вольтовой характеристикой q = Cu
Активные элементы электрических цепей
Источник тока – это идеализированный элемент электрической цепи, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.
Внутреннее сопротивление идеального источника тока равно бесконечности.
Различают четыре типа зависимых источников.
1. ИНУН – источник напряжения, управляемый напряжением: а) нелинейный, б) линейный, μ – коэффициент усиления напряжения
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Активная и пассивная электрическая цепь
Вы будете перенаправлены на Автор24
Элементы электроцепей могут быть соединены в схемах за счет различных способов. Для каждого из них существуют некоторые закономерности, установленные такими учеными, как Ом и Кирхгоф.
Графическое изображение реальной электроцепи условными символами считается электрической схемой. Она, в свою очередь, считается идеализированной цепью, служащей в качестве расчетной модели реальной цепи и иногда называемой эквивалентной схемой замещения. Она по возможности должна отображать реальные процессы, осуществляемые в действительности.
Понятие электрической цепи и ее элементов
Электрической цепью считается комплекс электротехнических устройств, образующих путь к прохождению электротока и ориентированных на передачу, распределение и взаимное преобразование электрической и иных разновидностей энергии.
Электромагнитные процессы, протекающие в устройствах электроцепи, могут описать такие понятия, как электродвижущая сила, напряжение и ток.
Электрические цепи называют цепями постоянного тока, когда в них получение электрической энергии, а также её передача и преобразование осуществляются при условии неизменности во времени тока и напряжения.
Базовыми элементами электрической цепи будут являться источники и приемники электроэнергии, которые соединяют между собой провода.
Каждая электроцепь включает в себя разнообразные устройства и объекты, отвечающие за формирование путей для прохождения электрического тока. Условным образом все элементы электроцепи разделяются на три составные части:
В электроцепях соединение потребителей может быть комбинированным, последовательным, параллельным.
Готовые работы на аналогичную тему
Активные элементы электрической цепи
Элементы в составе электрических цепей существуют в формате активности и пассивности. В качестве активных считаются источники электроэнергии.
Источники, подобно всем остальным элементам электрической цепи, могут характеризоваться как линейные и нелинейные. Линейным свойственна линейная внешняя характеристика. При условии постоянства напряжения на выходе источника и его независимости от тока в нагрузке, такой источник называют источником ЭДС.
Базовым признаком активных составляющих выступает их способность отдачи электрической энергии. Источники тока и ЭДС называют идеальными для электрической энергии, что обусловлено отсутствием потерь энергии в них, поскольку их проводимость и сопротивление считаются бесконечными:
В ситуации, когда потери электроэнергии внутри источника не компенсируются, ему свойственна наклонная внешняя характеристика. Такие источники будут называться реальными.
Пассивные элементы электрической цепи
Пассивными элементами считают разновидности потребителей и накопителей электроэнергии. Существует многополюсная аппаратура, чье функционирование основано на базе двухполюсных элементов. Все активные элементы электроцепи могут существовать как в независимом, так и в зависимом формате.
К первой категории относят источники тока и напряжения (идеализированный элемент в цепи с нулевым значением внутреннего сопротивления). Источник тока также представляет собой совершенный элемент с независимостью тока от напряжения на зажимах, со стремлением значения внутреннего сопротивления к бесконечности.
Зависимые источники напряжения и тока такими считаются при условии зависимости указанных величин от параметров напряжения и тока на ином участке цепи. Типичными представителями выступают электролампы и транзисторы, чье функционирование происходит в режиме линейности.
Главные пассивные элементы электроцепи представляют резисторы, индуктивные катушки и конденсаторы, с помощью которых осуществляется регулирование параметров тока и напряжения на отдельно взятых участках.
Резистивное сопротивление относят к идеализированным элементам в цепи. Его базовым свойством считают необратимое энергетическое рассеивание. Зависимость напряжения и тока резистивного сопротивления выражают формулы:
Индуктивность считают еще и коэффициентом пропорциональности. Ёмкостные элементы (то есть конденсаторы) обладают свойством накопления энергии электрического поля. Показатель линейной емкости является линейной зависимостью между зарядом и напряжением, выраженной формулой:
