Электрическая цепь — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Электрическая цепь
Условное обозначение электрической цепи
Изучается в	Теория электрических цепей[d]
Альтернативное имя	гальваническая цепь
Медиафайлы на Викискладе

Электри́ческая цепь (гальвани́ческая цепь) — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой (рисунок 1).

Неразветвленные и разветвленные электрические цепи[править | править код]

Рисунок 1 — Разветвленная цепь

Электрические цепи подразделяют на неразветвленные и разветвленные. Во всех её элементах неразветвленной цепи течёт один и тот же ток. Простейшая разветвленная цепь изображена на рисунке 1. В ней имеются три ветви и два узла. В каждой ветви течёт свой ток. Ветвь можно определить как участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами (через которые течёт одинаковый ток) и заключённый между двумя узлами. В свою очередь, узел есть точка цепи, в которой сходятся не менее трёх ветвей. Если в месте пересечения двух линий на электрической схеме поставлена точка (рисунок 1), то в этом месте есть электрическое соединение двух линий, в противном случае его нет. Узел, в котором сходятся две ветви, одна из которых является продолжением другой, называют устранимым или вырожденным узлом.

Линейные и нелинейные электрические цепи[править | править код]

Линейной электрической цепью называют такую цепь, все компоненты которой линейные. К линейным компонентам относятся зависимые и независимые идеализированные источники токов и напряжений, резисторы (подчиняющиеся закону Ома), и любые другие компоненты, описываемые линейными дифференциальными уравнениями, наиболее известны электрические конденсаторы и катушки индуктивности. Если цепь содержит отличные от перечисленных компоненты, то она называется нелинейной.

Изображение электрической цепи с помощью условных обозначений называют электрической схемой. Функция зависимости тока, протекающего по двухполюсному компоненту, от напряжения на этом компоненте называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Часто ВАХ изображают графически в декартовых координатах. При этом по оси абсцисс на графике обычно откладывают напряжение, а по оси ординат — ток.

В частности, омические резисторы, ВАХ которых описывается линейной функцией и на графике ВАХ являются прямыми линиями, называют линейными.

Примерами линейных (как правило, в очень хорошем приближении) цепей являются цепи, содержащие только резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности без ферромагнитных сердечников.

Некоторые нелинейные цепи можно приближенно описывать как линейные, если изменение приращений токов или напряжений на компоненте мало, при этом нелинейная ВАХ такого компонента заменяется линейной (касательной к ВАХ в рабочей точке). Этот подход называют «линеаризацией». При этом к цепи может быть применён мощный математический аппарат анализа линейных цепей. Примерами таких нелинейных цепей, анализируемых как линейные, являются практически любые электронные устройства, работающие в линейном режиме и содержащие нелинейные активные и пассивные компоненты (усилители, генераторы и др.).

Законы, действующие в электрических цепях[править | править код]

• Электротехника: Учеб. для вузов/А. С. Касаткин, М. В. Немцов. — 7-е изд., стер.— М.: Высш. шк., 2003.— 542 с.: ил. ISBN 5-06-003595-6
• Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. —
  М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3.

Схемы электрических цепей и ЭДС

Схемы электрической цепи, понятие параметров и элементов электрических цепей:

Для начала вспомним определения:

Параметрами электрической цепи называется величина, связывающая ток и напряжение на конкретном участке цепи (r – сопротивлением, рис. 1 а; L – индуктивностью, рис. 1 б; C  – ёмкостью, рис. 1 в. ).

Элементами электрической цепи называют отдельные устройства входящие в электрическую цепь и выполняющие в ней определённую функцию. Пример отдельных элементов и простой схемы электрической цепи:

Рис.1

                                             Схемы электрических цепей:

        При конструировании, монтаже и работе электрических установок (электрооборудования) нельзя обойтись без электрических схем. Электрические схемы по своему назначению различаются на несколько типов: структурные, функциональные, принципиальные, монтажные, однолинейные, и др.

        Принципиальная схема даёт полное представление о работе электроустановки, полный состав элементов и связи между ними.

         Схема электрической цепи – это графическое представление изображения электрической цепи, которая содержит условные обозначения элементов и соединение этих элементов. Условные обозначение в электрических схемах установлены стандартами системы ЕСКД. Различают последовательное и параллельное соединение элементов в схемах и электрических цепях. Сложные электрические схемы образуются в результате включения групп элементов соединенных между собой последовательно или параллельно (см. на рис. 2).

 Рис.2

                                Электродвижущая сила (ЭДС):

       Физические процессы получения электрической энергии различаются в зависимости от вида преобразуемой энергии, где главное различие состоит в природе сил, которые разделяют положительный и отрицательный заряды в веществе. На электрически заряженные частицы кроме сил электрического поля при определенных условиях действуют сторонние силы, обусловленные неэлектромагнитными процессами (тепловые процессы, химические реакции и т.д.)

             В результате действия сторонних сил в источнике электрической энергии происходит разделение электрических зарядов и образуется электродвижущая сила (ЭДС).

                Величина, характеризующая способность стороннего поля и индуцированного электрического поля вызывает электрический ток, называется электродвижущей силой.

     Для примера рассмотрим преобразование тепловой энергии в электрическую:

            В замкнутой цепи из двух разных металлов при одинаковой температуре (контактов 1 и 2) электрический ток не возникает, так как контактные разности потенциалов в обоих контактах  одинаковы, но направлены в противоположные стороны по цепи (см. рис. 3):

        Рис.3

 

Электрическая цепь и её схема. Что такое электрическая схема?

Ассоциативное представление

Какие ассоциации возникают при словосочетании электрическая цепь? Должно быть сразу возникает картина в виде источника питания, простой батарейки, потом от неё идут провода, которые подсоединены к лампочке, а её нить накала светится ярким светом. Это простейшая схема электрического фонарика с лампой накаливания, только вот ещё тумблер подключить и всё готово. Это бытовая, обыденная ассоциация, которая скорее всего возникнет у не специалиста в электротехнике.

Какая ассоциация возникает с электрической цепью у специалиста электротехника? Пожалуй, в первую очередь, это будет осветительная сеть, ну или электрическая цепь, где подключается асинхронный двигатель через магнитный пускатель. Это уже профессиональная ассоциация.

У физика, который занимается наукой и исследованиями в области электродинамики электрическая цепь

будет ассоциирована с электромагнитными полями, источниками полей, с приборами и научной аппаратурой.

Занимающийся практической электроникой скорее всего представить печатную плату со множеством контактных дорожек на ней и впаянных в неё элементов. Специалист разработчик микроэлектронных схем, который создаёт новые микросхемы, чипы, драйвера устройств, будет ассоциировать электрическую цепь с топологией микросхем (микрочип).

Все эти ассоциации будут верными, но они не являются определениями электрической цепи. Понимание и знание того, что такое электрическая цепь и в чём её отличие от электрической схемы — это ключ ко всей теории электрических цепей.

Определение электрической цепи

Одно из самых лучших определений электрической цепи имеет следующее содержание.

Совокупность устройств и объектов, образующих пути для электрического тока, электромагнитные процессы в которой могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении, называют электрической цепью

Это полное определение, но возможен его сокращённый минимизированный вариант, который может быть вот таким:

Электрическая цепь — это соединение элементов образующих контур, в котором возможно существование электрического тока

Следует разобрать логически эти определения, чтобы получить тот самый ключ, о котором сказано выше. Давайте попробуем по порядку сделать такой разбор.

Логический разбор определений электрической цепи

В определениях, и в полном и кратком, речь идёт о совокупности и соединении элементов (устройств и объектов). Это означает, что не разрозненно, что имеется какое-то сочетание, объединение тех самых элементов. Это говорит нам также о том, что элементы способны к такому соединению. Далее можно сделать вывод, что должны существовать способы и виды таких соединений. Назовём это первым условием определяющим электрическую цепь.

Слова о том, что такое соединение образует пути (контур), в котором может существовать электрический ток — это второе условие определяющее электрическую цепь. Отсюда следует, что возможны такие сочетания элементов, в которых тока быть не может в принципе. Самое важное здесь — это электрический ток, который хотя бы потенциально может осуществится в путях и контуре. Дело в том, что путь тока всегда замкнут, такова его природа. Поэтому путь всегда замкнут и он именуется контуром. Из этого второго условия следует, что существуют пути, которые можно назвать ветвями, и контуры, без которых ток не может образовать замкнутый путь. Отсюда возникает топология электрических цепей. Ток обязательно имеет источник, поэтому как минимум один элемент будет являться источником тока (ЭДС).

Остаётся только уточнение из полного определения, где говорится о свойстве совокупности устройств и объектов (элементов). В ней могут происходить электромагнитные процессы, что вполне объяснимо самой природой электрического тока. Там где не может быть потока электричества (ток), не может быть и электромагнитных явлений. Отсюда следует, что наличие электромагнитных процессов говорит нам о существовании тока. Зачем же нужно такое уточнение? Есть такое явление, как электромагнитная волна, которое для краткости можно объяснить как возмущение в электромагнитном поле. Для того, чтобы отмежеваться от волновых явлений, дальше по тексту сказано, что электромагнитные процессы ограничиваются лишь теми, которые описываются с помощью понятий об ЭДС, токе и напряжении. Это фактически третье условие, которое не заметно до тех пор, пока ничего не известно об электромагнитных волнах и излучении.

Чем глубже будут проанализированы логически определения, чем лучше знания слов, образующих определение, тем лучше (глубже) будут поняты эти определения. Такую процедуру можно провести с любыми грамматически верными выражениями, не только с вышеприведёнными.

Электрическая схема

Почти каждому человеку приходилось пользоваться хоть раз в жизни географической картой. Во всяком случае, ещё со школы с тем, что такое глобус и географические карты, знаком каждый. Географический глобус или карта не являются Землёй или частью её поверхности. Точно в таком же соотношении находятся электрическая схема и электрическая цепь. Схема метрополитена указывает где какие пути и станции, где узловые развязки, где с одной линии (кольца) можно перейти на другую. Схема всегда является символическим изображением чего-либо, но она никак не может заменить собой оригинал.

Достаточно кратко можно определить так:

Электрическая схема — это символическая запись электрической цепи

Точно также, как был сделан логический разбор определения цепи, можно сделать разбор определения схемы. Самое важное всего в двух словах. Это символ и запись. Способы и виды соединений в электрической цепи, а также элементы цепи, все они имеют свою символическую запись. Из многих символов, точно также как и из алфавита языка, собираются слоги, слова, фразы, простые и сложные предложения, и даже целые сочинения. Электрическая схема больше похожа на иероглифическую запись, потому как состоит из графических символов. Для того, чтобы уметь читать электрические схемы, нужно начинать с алфавита базовых символов, а затем надо научится правильно сочетать эти элементы, чтобы затем уметь составлять по ним реальные электрические цепи.

Электрические схемы бывают разными, в зависимости от своего функционального назначения. Есть схемы, где в первую очередь показаны функциональные узлы и их назначение. Это похоже на оглавление в книге, сразу виден план повествования, а в схеме ясно представляется, что именно каждая часть схемы делает. Есть схемы монтажные, где символически показано какие элементы цепи и где они расположены, как смонтированы на плате, в щите, в панели и т. д. Из монтажной схемы трудно сделать выводы о работе электрооборудования, но легко выполнять монтаж и демонтаж, замену и профилактику. Есть ещё принципиальные схемы, где символы элементов расположены так, что читая схему можно понять и описать всю работу электрической цепи.

Для расчётов и анализа электрических цепей, используют в первую очередь принципиальные схемы, а при разработке и модернизации цепи нужны в том числе и функциональные схемы и монтажные (установочные). Когда приходится иметь дело со сложным электрооборудованием, например, конвейерная линия или автоматический комплекс, то все схемы собираются в альбомы, которые могут иметь более 100 листов различных форматов.

Освоив алфавит электрических схем, или как иначе говорят — язык схемотехники, вы сможете научится не только читать схемы, но и самостоятельно проектировать новые электрические цепи.

Самая простая электрическая цепь и её схема

Пользуясь определением электрической цепи и схемы, можно изобразить схему простейшей электрической цепи. Такая комбинация элементов была представлена ещё в самом начале статьи. Это цепь состоящая минимум из одного источника тока (ЭДС) и одного нагрузочного элемента, которым для наглядности может служить электрическая лампа накаливания.

Дата: 20.06.2015

© Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

Электрическая цепь и ее составные части. Видеоурок. Физика 8 Класс

На данном уроке мы повторим условия существования электрического тока и рассмотрим такое понятие, как электрическая цепь и ее основные элементы. В конце урока приведем конкретный пример сборки электрической цепи карманного фонарика.

Тема: Электромагнитные явления

Урок: Электрическая цепь и ее составные части

Вспомним, что на прошлом уроке мы оговаривали три условия наличия электрического тока:

1. наличие зарядов;

2. наличие источника тока (гальванического элемента и др.). Источник тока создает электрическое поле внутри проводника, что является причиной движения зарядов;

3. наличие электрической цепи. О последнем понятии мы будет говорить сегодня.

Электрическая цепь должна содержать источник тока (рис. 1–3), т. е. элемент, который создает в цепи электрическое поле и обеспечивает движение заряженных частиц, и потребитель тока, т. е. например, любой бытовой прибор (рис. 4): лампочку, фонарик, компьютер, телевизор, стиральную машину, холодильник и т. п. Источник тока и потребители всегда соединяются проводами (проводниками), т. е. такими элементами, которые способны проводить электрический ток и обладают большим количеством свободных заряженных частиц.

Рис. 1. Гальванический элемент (Источник)

Рис. 2. Аккумулятор (Источник)

Рис. 3. Электростанция (Источник)

Рис. 4. Потребители тока (Источник) (Источник) (Источник) (Источник) (Источник) (Источник)

Таким образом, электрическая цепь имеет следующие основные составные элементы: источник тока, потребители тока, соединительные провода.

Конечно же, потребители тока сами по себе состоят из более мелких элементов, каждый из которых имеет свое название, функцию и особенности. Электрические цепи бывают сложными и простыми, мы начнем их изучение с простейших вариантов, например, с устройства карманного фонарика. В его составные части входят: источник питания, лампочка, соединительные провода и выключатель. В конце урока мы соберем электрическую цепь, аналогичную цепи внутри фонарика и обсудим ее принцип работы.

Для удобства электрические цепи принято изображать в виде схем, в которых приняты определенные обозначения различных элементов. Условные обозначения элементов электрических цепей известны и классифицированы определенным образом, их достаточно много, но мы познакомимся с основными из них.

Определение. Электрическая цепь, изображенная на рисунке, называется электрической схемой.

Гальванический элемент (источник тока) Как видно из рисунка, длинной полоской обозначают положительный полюс источника, а короткой – отрицательный	Гальваническая батарея (аккумулятор) Таким образом обозначается соединение нескольких гальванических элементов	Соединяющиеся провода Место соединения проводов обозначается жирной точкой, которую еще зачастую именуют узлом	Несоединяющиеся провода Провода, которые не соединяются, в точке пересечения никак особо не выделяются
Лампа накаливания (лампочка)	Зажимы для подключения электроприборов К подобному элементу на схеме можно подключать какой-либо электроприбор	Ключ (выключатель) Элемент цепи для ее замыкания и размыкания	Электрический звонок Для запоминания этого обозначения можно заметить, что оно похоже на грибочек
Резистор Этот элемент цепи имеет большое сопротивление	Нагревательный элемент	Плавкий предохранитель Прибор, который обеспечивает безопасность работы электрической цепи

Указанные в таблице элементы являются составными частями простейших электрических цепей.

Рассмотрим простейшую электрическую цепь на примере устройства карманного фонарика. В нее входят источник питания, лампочка накаливания, соединительные провода и выключатель (ключ).

Собирать цепь удобно в следующей последовательности: сначала подключим лампочку к одному из полюсов источника тока (батарейки), затем второй контакт на лампочке подключаем к разомкнутому предварительно ключу (выключателю) и, чтобы замкнуть цепь, второй контакт ключа соединяем со свободным полюсом источника тока.

После сбора цепи видно, что лампочка не горит, т. к. она все еще разомкнута с помощью ключа, и электрический ток не идет (не выполнено условие замкнутости электрической цепи). Теперь замыкаем ключ, и лампочка загорается (рис. 5), т. к. цепь становится замкнутой и все условия существования электрического тока выполнены.

Рис. 5.

Изобразим схему собранной нами электрической цепи с использованием приведенных в таблице условных обозначений (рис. 6).

 

 

 

 

 

Рис. 6.

Конечно же, бессмысленно рассматривать с практической точки зрения те электрические цепи, в которых не выполняется работа электрического тока. О действии электрического тока и о выполнении им работы мы поговорим позже.

На следующем уроке нашей темой будет «Электрический ток в металлах».

 

Список литературы

1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.
2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Академик (Источник).
2. Интернет-портал Mukhin.ru (Источник).
3. YouTube (Источник).

 

Домашнее задание

1. Стр. 78: вопросы № 1–4, стр. 79: упражнение № 13. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
2. В вашем распоряжении есть гальванический элемент, лампочка, два ключа и соединительные провода. Нарисуйте принципиальную схему электрической цепи, в которой лампочка загорается только тогда, когда включены оба ключа.
3. Железный гвоздь и отрезок медного провода воткнули в лимон. Потечет ли ток  через провод, которым соединяют гвоздь и медный провод?
4. С потолка в месте крепления люстры свисают три провода, по которым после подключения люстры идет ток. Если люстру подключить правильно, два выключателя работают таким образом, что один из них включает и выключает одну лампу, а другой – остальные три. Нарисуйте схему соединения ламп в люстре, выключателей и источника тока.

Схема Проводника Электрической Цепи — tokzamer.ru

Если воспользоваться этими правилами и законом Ома, который подходит для каждого резистора, можно доказать, что сопротивление эквивалентного общего резистора будет равно сумме сопротивлений.


Работа тока Последовательное и параллельное соединение, рассмотренное ранее, было справедливо для величин напряжения, сопротивления и силы тока, являющихся основными. Особенностью активного двухполюсника является наличие источника электрического тока, у пассивного двухполюсника его нет.

В них электрический заряд не накапливается, т. Таким образом, электрическая цепь на рис.
Урок 250. Задачи на расчет электрических цепей — 1

Для каждого резистора справедлив закон Ома, т. Режимы работы электрической цепи При подключении к источнику питания различного количества потребителей или изменения их параметров будут изменяться величины напряжений, токов и мощностей в электрической цепи, от значений которых зависит режим работы цепи и ее элементов.

Напряжение достигает уровня ЭДС.

При последовательном соединении проводников конец одного проводника соединяется с началом другого проводника, а его конец — с началом третьего и т. На рис.

По назначению схемы электрических цепей делятся на следующие виды: структурные, функциональные, принципиальные, монтажные, однолинейные. Другими словами, параллельное соединение используется при необходимости подключения электрических устройств независимо друг от друга.

Важнее выдержать, например, параметр ЭДС. Это является обязательным условием работы электрической цепи.

🧲#9 Электрический ток и электроны

Элементы электрических цепей и схем

Таким образом, электрическая цепь на рис. Например, полупроводники тиристоры начинают пропускать ток только при достижении определенной величины напряжения.

Схема замещения пассивного двухполюсника П представляется в виде его входного сопротивления.

Для восстановления такой гирлянды достаточно увидеть, какие лампы не горят, и заменить их. Чтобы облегчить изучение процессов в электрической цепи, ее заменяют расчетной схемой замещения, т.

Это является разностью потенциалов на резисторе.

Если воспользоваться этими правилами и законом Ома, который подходит для каждого резистора, можно доказать, что сопротивление эквивалентного общего резистора будет равно сумме сопротивлений.

Похожие темы:. Чтобы научиться владеть приемами расчета по разным видам схем, необходимо потренироваться на практике, выполнив несколько заданий.

Популярными стали схемы замещения пассивных и активных элементов во время работы. Для данной цепи запишем соотношение по второму закону Кирхгофа 1.
Физика — Закон Ома.

Похожие файлы

Сумма напряжений на отдельных участках цепи при проходе по любому пути от входа к выходу равна полному приложенному напряжению. Последовательное соединение источников тока Разность потенциалов между положительным полюсом последнего источника и отрицательным полюсом первого будет равна сумме разностей потенциалов между полюсами каждого источника.

Диод полупроводниковый Резистор переменный Участок электроцепи, вдоль которого протекает один и тот же ток, называется ветвью. Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором.

Последовательное соединение резисторов Когда несколько проводников или резисторов соединены последовательно рис. В любом узле, т. Это является разностью потенциалов на резисторе.

Распечатать Прежде чем разобраться в том, что такое схема электрической цепи, необходимо ввести несколько определений: Параметр электрической цепи — это число, которое устанавливает зависимость тока и напряжения на каком-то участке цепи на рисунке 1a r — это сопротивление, на рисунке 1б L — это индуктивность, на рисунке 1в C — это емкость. Примером параллельного соединения проводников служит соединение потребителей электрической энергии в квартире. Поэтому в вольтметре последовательно катушкам гальванометра включено некоторое сопротивление рис. Силы тока на всех проводниках будут одинаковыми.

Популярными стали схемы замещения пассивных и активных элементов во время работы. Если взять полупроводники , то среди них есть образцы с отрицательным и с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Она целиком описывает процесс работы устройства, показывает все элементы цепи и то, как они взаимодействуют между собой.

Типы электрических цепей

Выводы зажимы источника и приемника энергии соединены между собой двумя проводами. Примерами таких нелинейных цепей, анализируемых как линейные, являются практически любые электронные устройства, работающие в линейном режиме и содержащие нелинейные активные и пассивные компоненты усилители, генераторы и др.

А величина напряжения также вычисляется по общим законам. При пользовании выключателем, на его контактах образуется искра. Поэтому в промышленных условиях целесообразно к электродвигателям параллельно подключать конденсаторы, которые будут компенсировать сопротивление с индуктивностью. Влияние схемы соединения на новогоднюю гирлянду После перегорания одной лампы в гирлянде можно определить вид схемы соединения. Пример подобной схемы электрической цепи приведен на следующем рисунке: Дополнительные материалы по теме: Схема электрической цепи.

Элемент электрической цепи — какое-либо устройство, которое является частью электрической цепи и выполняет отдельную задачу. Полная активная мощность, выделяемая активным двухполюсником,. К ним относятся транзисторы , микросхемы, тиристоры и много других видов, являющихся своеобразными электронными ключами. Часто ВАХ изображают графически в декартовых координатах. По этому признаку в электротехнике электрические цепи разделяют на контуры цепей.
Сборка электрической цепи и измерение силы тока в ней #ФизиканскиеЛьвы2018

4 thoughts on “Что такое электрическая схема, ветвь, узел, контур.”

Если амперметр рассчитан на максимальную силу тока I, а мы хотим с его помощью измерять силу тока, в раз большую, то очевидно, что через шунт при этом должен протекать ток силой Поскольку шунт включен параллельно амперметру, то Рис. Это обеспечивается при подключении напряжения в виде источника питания.

Так, например, говорят о генерируемой, отдаваемой, передаваемой, потребляемой мощности. Когда несколько проводников или резисторов соединены параллельно рис.

Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром электрической цепи. Расчет мостовой схемы. Контур цепи должен быть замкнут.

Полная активная мощность, выделяемая активным двухполюсником,. Следовательно, схема источника тока рис.

Еще по теме: Кабельные столбики пуэ

Параллельное соединение

Особенностью активного двухполюсника является наличие источника электрического тока, у пассивного двухполюсника его нет. На рис. В них электрический заряд не накапливается, т. При параллельном же соединении мы можем, добавляя соответствующий выключатель в каждую из ветвей, включать соответствующую лампочку по мере желания.

Значит, они являются пассивными потребителями, и имеют нелинейные свойства пропускания тока. Параметры цепи слишком зависят от потребителей. Схематическое устройство вольтметра Вольтметр подключается к цепи параллельно тому участку, напряжение на котором требуется измерить.

Последовательное соединение элементов цепи

При внесении в схему электрической цепи объединений элементов , которые соединяются между собой каким-то из этих двух способов получаются сложные электрические схемы. При применении двух рассмотренных режимов определяются свойства активного двухполюсника.

Источник тока действует по-другому. Для разных электротехнических устройств указывают свои номинальные параметры. Для этого гальванометр снабжают шунтом: вход и выход гальванометра соединяются некоторым сопротивлением, обеспечивающим параллельный катушкам дополнительный путь для тока рис.
В чём разница между НАПРЯЖЕНИЕМ и ТОКОМ

Электрическая цепь и её элементы

Электрической цепью называют совокупность электротехнических устройств, образующих путь для прохождения электрического тока и предназначенных для передачи, распределения и взаимного преобразования электрической и других видов энергии.

Электромагнитные процессы, протекающие в устройствах электрической цепи, могут быть описаны при помощи понятий об электродвижущей силе (Э.Д.С.), токе и напряжении.

Электрические цепи, в которых получение электрической энергии, её передача и преобразование происходят при неизменных во времени токах и напряжениях, называют цепями постоянного тока. В таких цепях электрические и магнитные поля также не изменяются во времени. Так как токи и напряжения постоянны, то изменения этих величин во времени равны нулю:

;.

Поэтому и напряжение на индуктивности U_L, и ток через ёмкость, зависящие от изменения этих величин, также равны нулю:

;

Из этого следует, что в индуктивности сопротивление постоянному току равно нулю, а ёмкость, наоборот, представляет собой бесконечно большое сопротивление. Поэтому в цепи постоянного тока катушка индуктивности представляет собой закоротку (обычный провод, сопротивлением которого можно пренебречь), а ёмкость (конденсатор) – представляет собой разрыв цепи.

Основными элементами электрической цепи являются источники и приёмники электрической энергии, которые соединяются между собой проводами.

В источниках электрической энергии (электромагнитные генераторы, гальванические элементы, термопреобразователи и др.) происходит преобразование механической, химической, тепловой и других видов энергии в электрическую.

В приёмниках электрической энергии (электродвигатели, электротермические устройства, лампы накаливания, резисторы, электролизные ванны и др.), наоборот, электрическая энергия преобразуется в тепловую, световую, механическую, химическую и др.

Схема электрической цепи

Графическое изображение реальной электрической цепи с помощью условных символов и знаков называется электрической схемой.

Такая схема представляет собой идеализированную цепь, которая служит расчетной моделью реальной цепи и иногда называется эквивалентной схемой замещения. Эта схема по возможности должна отражать реальные процессы, происходящие в действительности.

При проведении расчетов каждый реальный элемент цепи заменяется элементами схемы.

В цепях постоянного тока чаще всего используют два основных элемента: источник энергии с Э.Д.С. Е c внутренним сопротивлением r₀ и резистивный элемент (нагрузка) с сопротивлением R. Под внутренним сопротивлением генератора r₀ понимают сопротивление электрическому току всех элементов внутри генератора.

Сопротивление приёмникаR характеризует потребление электрической энергии, то есть превращение электрической энергии в другие виды с выделением мощности:

Для проведения анализа электрической цепи важно выделить такие понятия, как ветвь, узел и контур.

Ветвь – участок электрической цепи, образованный последовательно соединёнными элементами и характеризующийся собственным значением тока в данный момент времени.

Узел – это точка соединения трёх и более ветвей (если на электрической схеме в месте пересечения двух линий стоит точка, то в этом месте есть электрическое соединение 2х линий, в противном случае его нет).

Контур – замкнутая часть цепи, состоящая из нескольких ветвей и узлов. Различают такие понятия, как геометрический и потенциальный узел.

На рис. 1.2 приведена схема электрической цепи, содержащей 4 геометрических узла, 3 потенциальных узла и 5 ветвей.

Заземление любой точки схемы означает, что потенциал этой точки принят равным нулю. Токораспределение в такой схеме не изменяется, так как никаких новых ветвей, по которым могли бы протекать токи не образуется. Если же заземлить 2 точки схемы и более, то в этом случае в схеме токораспределение изменится.

Активные элементы

В линейных электрических цепях в качестве источников энергии различают источники Э.Д.С. и источники тока.

Идеальный источник Э.Д.С. имеет неизменное Э.Д.С. и напряжение на выходных зажимах при всех токах нагрузки. У реального источника – Э.Д.С. и напряжение на зажимах изменяются при изменении нагрузки (например, вследствие падения напряжения в обмотках генератора). В электрической схеме это учитывается последовательным включением резистора r₀. Идеальный источник напряжения изображен на рис. 1.3.

Напряжение U_ab зависит от тока приёмника и равно разности между Э.Д.С. генератора и падением напряжения на его внутреннем сопротивлении r₀:

. Ток, протекающий по цепи, также зависит от сопротивления нагрузки:

. Если принять Э.Д.С. источника его внутреннее сопротивление и сопротивление приёмника не зависящими от тока и напряжения, то внешняя характеристика источника энергии U₁₂ = f(I) и ВАХ приёмника U_ab = f(I) будут линейными (рис. 1.4).

По рис. 1.4 видно, что по мере нарастания тока в цепи напряжение на нагрузке возрастает, а, следовательно, уменьшается напряжение на выходных зажимах источника.

Источник тока характеризуется бесконечным внутренним сопротивлением и бесконечным значением Э.Д.С., при этом выполняется равенство:

Если r₀>>R_H и I₀<<I, то есть источник энергии находится в режиме, близком к короткому замыканию, то можно принять ток I₀=0.

Такой источник с внутренним сопротивлением r₀ = ∞ (g₀=0) называют идеальным источником тока

Пассивные элементы

Основными пассивными элементами электрической цепи являются резистивные, индуктивные и емкостные. Рассмотрим их силовые характеристики при постоянном токе.

Электротехническое устройство, обладающее сопротивлением и применяемое для ограничения тока, называется резистором. (рис. 1.9).

Идеализированные модели резисторов называются резистивными элементами (при идеализации пренебрегают токами через изолирующие покрытия резисторов, каркасы проволочных резисторов и т. п.).

Основной величиной, характеризующей резистор, является его сопротивление R, которое определяется из соотношения:

называемого законом Ома. Сопротивление измеряется в Омах: [R] = [U\I] = В\А = Ом. К пассивным элементам относят также и индуктивный элемент — катушку индуктивностью L (Рис. 1.11).

Катушкой называется обмотка изолированного провода, намотанного на каркас или без каркаса, имеющая выводы для присоединения.

L – параметр, который определяет способность катушки создавать магнитное поле. Он зависит от геометрических параметров катушки, числа её витков и от магнитных свойств сердечника, на который намотана катушка.

Из-за появления магнитного поля цепь будет пронизываться магнитным потоком. Для характеристики катушки индуктивности, как элемента электрической цепи достаточно вычислить потокосцеплениеψ. Индуктивность Lявляетсякоэффициентом пропорциональности между ψ и I:

Между двумя любыми проводниками, разделёнными диэлектриком, существует электрическая ёмкость. Коэффициент пропорциональности С называют ёмкостью

;

Занятие 01. Простейшая электрическая цепь

Простейшая электрическая цепь состоит из источника электрического тока и потребителя. Возьмем, например, в качестве источника обычную батарейку, а в качестве потребителя обычную лампочку. Если лампочку и батарейку соединить проводниками параллельно, то лампочка загорится. Конечно при этом должно соблюдаться условие, что рабочее напряжение лампочки соответствует рабочему напряжению батарейки. В данном примере напряжение равно 1,5 вольта.

Для того, чтобы цепь можно было разрывать тогда, когда нам удобно — в один из проводников добавим выключатель.

Итак, на первом рисунке вы видите схематичное изображение простейшей электрической цепи, состоящей из источника питания (батарейки), потребителя (лампочки) и устройства для разрыва цепи (выключателя). На следующем рисунке туже самую цепь мы изобразим в виде чертежа.

Соединительные провода на чертеже обозначаются обычными линиями. Вверху чертежа кружок со скещенными линиями обозначает лампочку. Внизу батарейка обозначается двумя линиями, отображенными перпендикулярно к соединительным проводам. Одна линия короче (это отрицательный полюс), другая длиннее (это положительный полюс). Линии изображены параллельно друг другу и не соприкасаются, т.к. между отрицательным и положительным полюсом должна быть среда или пространство, не проводящее электрический ток.

Когда цепь замкнута (выключатель включен), то ток идет от отрицательного полюса к положительному. Лампочка также является проводником тока, но у неё в отличие от обычных проводников в результате нагрева спираль светится и создается эффект свечения. Как только мы размыкаем цепь (выключатель отключен) электроны останавливаются и эффект свечения прекращается.

Сама батарейка состоит из электролита и воткнутых в него электродов, к которым подключаются электрические провода. Внутри электролита протекает химическая реакция, в результате которой между электродами возникает разность потенциалов, которая называется «напряжение разомкнутой цепи». Отрицательный электрод по-отношению к электролиту называется «окислителем». Окислитель принимает электроны из электролита. Положительный электрод по-отношению к электролиту называется «восстановитель». Восстановить отдает электроны электролиту. Электроды различаются тем, что состоят из разных металлов. К примеру, отрицательный электрод изготавливают из цинка или лития. Положительный электрод представляет собой смесь оксида марганца, графита и ацетиленовой сажи. Сама химическая реакция в батарейке не может происходить вечно и прекращается, когда потенциал её компонентов заканчивается. В этом случае батарейка называется «разряженной» и она теряет способность вырабатывать электрический ток.

На третьем рисунке мы видим, как эта конструкция выглядит по-настоящему. Конечно это учебная схема и в быту схемы немного сложнее и источником питания чаще всего служат не батарейки, а ток, который поступает к нам в квартиры и в офисы по линиям электропередач от электростанций, вырабатывающих электроэнергию.

В квартире источником электрической энергии служат розетки напряжением 220В. К ним подключаются электроприборы, они могут не только просто светиться как лампочка, но и выполнять более сложные функции, например, телевизор, компьютер, микроволновая печь, утюг и множество других устройств, которыми мы пользуемся в поседневной жизни.

По линиям электропередач чаще всего передается не постоянный, а переменный ток, т.к. переменный ток более приспособлен для передачи электроэнергии на большие расстояния. Напряжение в сетях линий электропередач так же значительно выше, чем в батарейке и может быть опасно для жизни, если с ним обращаться неосторожно.

В общем случае электроэнергия, вырабатываемая электростанцией передается на большие расстояния в города и регионы. При подходе к городу линия электропередачи подключена к трансформаторной подстанции, которая понижает напряжение линии и передает электроэнергию дальше вглубь города или района к распределяющим подстанциям, которые в свою очередь передают электроэнергию конечным потребителям.

У конечных потребителей, как правило, установлена трансформаторная подстанция, понижающая напряжение 6-10кВ до 220В, провода из неё уже заводятся в помещения, квартиры, офисы, цеха, мастерские и другие объекты. На входе в квартиру или другое помещение чаще всего устанавливают счётчики электрической энергии, благодаря которым оценивается расход электроэнергии и начисляется оплата за неё.

И если применить нашу простейшую электрическую цепь в квартире, то она будет выглядеть примерно так, как на следующем рисунке. Здесь потребителем является лампочка 220В, которая получает питание от розетки. Выключатель в данном случае можно не использовать, т.к. разъдинителем цепи здесь является вилка и розетка.

Контрольные вопросы по теме

Итак, мы рассмотрели общую схему электроснабжения и простейшую электрическую цепь. Все наши последующие темы будут посвящены более подробному изучению материала, который мы вкратце сейчас рассмотрели.

Проверьте себя, насколько хорошо вы усвоили прочитанный материал, ответив на контрольные вопросы:

1. Нарисуйте схему простейшей электрической цепи.

2. За счет чего в замкнутой цепи возникает ток?

3. За счет чего батарейка вырабатывает электрический ток?

4. Нарисуйте упрощённую схему прохождения электроэнергии от электростанции потребителю.