Чем отличаются источник тока и источник эдс
Источники ЭДС и тока: основные характеристики и отличия
Электротехника связывает природу электричества со строением вещества и объясняет его движением свободных заряженных частиц под воздействием энергетического поля.
Для того чтобы электрический ток протекал по цепи и совершал работу, необходимо иметь источник энергии, совершающий преобразование в электричество:
механической энергии вращения роторов генераторов;
протекания химических процессов или реакций внутри гальванических приборов и аккумуляторов;
теплоты в терморегуляторах;
магнитных полей в магнитогидродинамических генераторах;
световой энергии в фотоэлементах.
Все они обладают различными характеристиками. Чтобы классифицировать и описать их параметры принято условное теоретическое разделение на источники:
Электрический ток в металлическом проводнике
Определение силы тока и электродвижущей силы в 18-м веке дали известные физики того времени.
Им считается идеальный источник, представляющий собой двухполюсник, на зажимах которого электродвижущая сила (и напряжение) всегда поддерживается постоянным значением. На него не влияет нагрузка сети, а внутреннее сопротивление у источника равно нулю.
На схемах он обычно обозначается кругом с буквой «Е» и стрелкой внутри, показывающей положительное направление ЭДС (в сторону увеличения внутреннего потенциала источника).
Схемы обозначения и вольт-амперные характеристики источников ЭДС
Теоретически на выводах у идеального источника напряжение не зависит от величины тока нагрузки и является постоянной величиной. Однако, это условная абстракция, которая не может быть осуществлена на практике. У реального источника при увеличении тока нагрузки значение напряжения на зажимах всегда уменьшается.
На графике видно, что ЭДС Е состоит из суммы падений напряжения на внутреннем сопротивлении источника и нагрузке.
В действительности источниками напряжения работают различные химические и гальванические элементы, аккумуляторные батареи, электрические сети. Их разделяют на источники:
постоянного и переменного напряжения;
управляемые напряжением или током.
Ими называют двухполюсники, создающий ток, который является строго постоянной величиной и никак не зависит от значения сопротивления на подключенной нагрузке, а внутреннее сопротивление его приближается к бесконечности. Это тоже теоретическое допущение, которое на практике не может быть достигнуто.
Схемы обозначения и вольт-амперная характеристика источника тока
Для идеального источника тока напряжение на его клеммах и мощность зависят только от сопротивления подключенной внешней схемы. При этом с увеличением сопротивления они возрастают.
Реальный источник тока отличается от идеального значением внутреннего сопротивления.
Примерами источника тока могут служить:
Вторичные обмотки трансформаторов тока, подключенных в первичную схему нагрузки своей силовой обмоткой. Все вторичные цепи работают в режиме надежного шунтирования. Размыкать их нельзя — иначе возникнут перенапряжения в схеме.
Катушки индуктивности, по которым проходил ток в течение некоторого времени после снятия питания со схемы. Быстрое отключение индуктивной нагрузки (резкое возрастание сопротивления) может привести к пробою зазора.
Генератор тока, собранный на биполярных транзисторах, управляемый напряжением или током.
В различной литературе источники тока и напряжения могут обозначаться неодинаково.
Виды обозначений источников тока и напряжения на схемах
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:
Источник ЭДС и источник тока
При расчёте и анализе электрических цепей источник электрической энергии заменяют расчётным эквивалентом. В качестве последнего может быть взят либо источник ЭДС, либо источник тока.
Под источником ЭДСусловимся понимать такой идеализированный источник питания, ЭДС которого постоянна, не зависит от величины протекающего через него тока и равна ЭДС реального источника энергии. Очевидно, это может быть только в том случае, если внутреннее сопротивление Rв этого идеализированного источника равно нулю. ВАХ такого источника изображена на рис. 4, а (сплошная линия).
Под источником тока понимают такой идеализированный источник питания, который даёт ток Ik, не зависящий от величины нагрузки цепи и равный частному от деления ЭДС реального источника на его внутреннее сопротивление Rв (Ik=Е/Rв).
Для того, чтобы источник тока мог давать ток Ik, не зависящий от величины сопротивления нагрузки, внутреннее сопротивление его должно стремиться к бесконечности. Но и ЭДС Е также должна стремиться к бесконечности, так как отношение двух бесконечных величин Е и Rв равно конечной величине − току Ik. ВАХ такого источника показана на рис. 4, б (сплошная линия).
Физически осуществить эти идеализированные источники невозможно, поскольку внутреннее сопротивление реальных источников не может быть равно нулю и при конечном токе не может быть равно бесконечности.
Однако, если внутреннее сопротивление Rв реального источника питания на несколько порядков меньше сопротивления нагрузки, то источник питания будет работать в режиме, близком к режиму, характерному для источника ЭДС.
Так крупные генераторы, вырабатывающие электрическую энергию на различных электростанциях (ГЭС, ТЭЦ, атомных) практически являются источниками ЭДС, поскольку их внутреннее сопротивление Rв очень мало. В схему надо обязательно включить внутреннее сопротивление Rв (рис. 5).
Напряжение Uав на выходных зажимах источника ЭДС будет меньше ЭДС Е на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении Rв источника (Uав=Е−I Rв). С увеличением тока I напряжение на выходных зажимах источника будет уменьшаться, и ВАХ реального источника ЭДС будет выглядеть как наклонная линия (штриховая линия на рис. 4,а).
Аналогично, если внутреннее сопротивление Rв реального источника питания во всех возможных режимах работы схемы будет на несколько порядков больше сопротивления нагрузки, то источник питания будет работать в режиме, довольно близком к режиму, характерному для источника тока.
Так полупроводниковые генераторы имеют большое внутреннее сопротивление Rв, особенно если в их составе есть хотя бы один каскад на однопереходных транзисторах, особенностью которых является внутреннее сопротивление 3−5 Мом. Поэтому полупроводниковые генераторы такого типа практически являются источниками тока. Источник тока изображают с параллельно включенным с ним сопротивлением Rв (рис. 6), равным внутреннему сопротивлению реального источника энергии.
Пусть, например, 
, 
, а сопротивление нагрузки 
меняется в пределах от 
до 
. Тогда ЭДС источника будет
, (1)
а ток I будет равен
(2)
при 
и
(3)
при 
.
Таким образом, при изменении сопротивления нагрузки от до ток 
практически не изменился.
Если же сопротивление нагрузки будет меньше 
на порядок и составит 
, то ток будет
. (4)
Ток в этом случае уменьшится на 9 %.
Таким образом, рассматриваемый источник будет практически работать в режиме источника тока, если сопротивление нагрузки не менее чем на два порядка меньше внутреннего сопротивления источника . При больших значениях сопротивления нагрузки ВАХ источника получается падающей (штриховая линия на рис. 4, б).
Дата добавления: 2015-07-30 ; просмотров: 1130 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
ИСТОЧНИК ЭДС И ИСТОЧНИК ТОКА
В теории электрических цепей пользуются идеализированными источниками электрической энергии: источником ЭДС и источником тока. Им приписываются следующие свойства.
Источник ЭДС (или идеальный источник напряжения) представляет собой активный элемент с двумя зажимами, напряжение на которых не зависит от тока, проходящего через источник.
Предполагается, что внутри такого идеального источника пассивные элементы (R, L, С) отсутствуют, и поэтому прохождение через него тока не вызывает в нем падения напряжения.
Упорядоченное перемещение положительных зарядов в источнике от меньшего потенциала к большему возможно за счет присущих источнику сторонних сил. Величина работы, затрачиваемой сторонними силами на перемещение единицы положительного заряда от зажима «-» к зажиму «+», называется электродвижущей силой (ЭДС) источника и обозначается е(t).
В соответствии со сказанным выше напряжение на зажимах рассматриваемого источника равно его ЭДС, т. е. u(t) = е(t).
Условные обозначения идеального источника напряжения приведены на рисунке 1.12, а и б. Здесь стрелкой или знаками «+» и «-» указано положительное направление ЭДС, или полярность источника, т.е. направление возрастания потенциала в источнике для тех моментов времени, в которые функция е(t) положительна.
Источник напряжения конечной мощности изображается в виде источника ЭДС с подключенным к нему последовательно пассивным элементом, который характеризует внутренние параметры источника и ограничивает мощность, отдаваемую во внешнюю электрическую цепь (рисунок 1.12, в). Обычно внутренние параметры источника конечной мощности незначительны по сравнению с параметрами внешней цепи; они могут быть отнесены к последней или в некоторых случаях могут вовсе не учитываться (в зависимости от соотношения величин и требуемой точности расчета).
Идеальный источник тока представляет собой активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах. Предполагается, что внутреннее сопротивление идеального источника тока бесконечно велико, и поэтому параметры внешней электрической цепи, от которых зависит напряжение на зажимах источника, не влияют на ток источника.
Условные обозначения идеального источника тока приведены на рисунке 1.13, а и б. Стрелка в источнике тока или знаки «+» и «-» указывают положительное направление тока i(t) или полярность источника, т.е. направление перемещения положительных зарядов, или, что то же, направление, противоположное направлению движения отрицательных зарядов, для тех моментов времени, когда функция i(t) положительна.
По мере неограниченного увеличения сопротивления внешней электрической цепи, присоединенной к идеальному источнику тока, напряжение на его зажимах и соответственно мощность, развиваемая им, неограниченно возрастают. Поэтому идеальный источник тока, так же как и идеальный источник напряжения, рассматривается как источник бесконечной мощности.
Источник тока конечной мощности изображается в виде идеального источника тока с подключенным к его зажимам пассивным элементом, который характеризует внутренние параметры источника и ограничивает мощность, отдаваемую во внешнюю электрическую цепь (рисунок 1.13, в).
Представляя собой теоретическое понятие, источник тока применяется в ряде случаев для расчета электрических цепей.
Некоторым подобием источника тока может служить устройство, состоящее из аккумулятора, соединенного последовательно с дополнительным большим сопротивлением. Другим примером источника тока может являться транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером. Имея внутреннее сопротивление, несоизмеримо большее, чем сопротивление внешней электрической цепи, эти устройства отдают ток, почти не зависящий от изменения внешней нагрузки в широких пределах, и именно в этом отношении они аналогичны источнику тока.
Вольт-амперные характеристики идеальных источников напряжения и тока представляются прямыми, параллельными осям i и u (рисунок 1.14, а). Реальные источники электрической энергии по своим вольтамперным характеристикам могут приближаться к идеальным источникам напряжения или тока. Так, например, в значительной части характеристики u = f(i) напряжение на зажимах генератора постоянного тока с независимым возбуждением (обмотка возбуждения питается от постороннего источника), а также ток i генератора постоянного тока с последовательным возбуждением (обмотка возбуждения соединена последовательно с цепью якоря) изменяются незначительно. На рисунке 1.14, б соответствующая часть характеристики показана сплошной линией.
ЗАКОНЫ КИРХГОФА
Основными законами теории цепей, наряду с законом Ома, являются законы баланса токов в разветвлениях (первый закон Кирхгофа) и баланса напряжений на замкнутых участках цепи (второй закон Кирхгофа).
Распределение токов и напряжений в электрических цепях подчиняется законам Кирхгофа, которые должны быть основательно усвоены для отчетливого понимания всех последующих разделов курса.
Первый закон Кирхгофа.
Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю
. (1.11)
Суммирование распространяется на токи в ветвях, сходящихся в рассматриваемом узле. При этом знаки токов берутся с учетом выбранных положительных направлений токов: всем токам, направленным от узла, в уравнении (1.11) приписывается одинаковый знак, например положительный, и соответственно все токи, направленные к узлу, входят в уравнение (1.11) с противоположным знаком. Иначе говоря, всякий ток, направленный от узла, может рассматриваться как ток, направленный к узлу, но имеющий противоположный знак.
На рисунке 1.23, а в качестве примера показан узел, в котором сходятся четыре ветви. Уравнение (1.11) имеет в этом случае вид
Первый закон Кирхгофа выражает тот факт, что в узле электрический заряд не накапливается и не расходуется. Сумма электрических зарядов, приходящих к узлу, равна сумме зарядов, уходящих от узла за один и тот же промежуток времени.
Первый закон Кирхгофа применим не только к узлу, но и к любому контуру или замкнутой поверхности, охватывающей часть электрической цепи, так как ни в каком элементе цепи, ни в каком режиме электричество одного знака не может накапливаться.
Так, например, для схемы на рисунке 1.23, б имеем:
Второй закон Кирхгофа.
Алгебраическая сумма ЭДС в любом контуре цепи равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах этого контура
. (1.12)
Обход контура совершается в произвольно выбранном направлении, например по ходу часовой стрелки. При этом соблюдается следующее правило знаков для ЭДС и падений напряжения, входящих в (1.12): ЭДС и падения напряжения, совпадающие по направлению с направлением обхода, берутся с одинаковыми знаками.
Например, для схемы на рисунке 1.24 имеем
Уравнение (1.12) можно переписать так
(1.13)
Следовательно, алгебраическая сумма напряжений на ветвях в любом замкнутом контуре равна нулю.
Формулы (1.11) и (1.12) написаны в общем виде для мгновенных значений токов, напряжений и ЭДС; они справедливы для цепей как переменного, так и постоянного тока.
График изменения потенциала, рассмотренный в предыдущем параграфе служит графической иллюстрации второго закона Кирхгофа
9 ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ОДНОФАЗНОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА
ГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ
Электромагнитный процесс в электрической цепи, при котором мгновенные значения напряжений и токов повторяются через равные промежутки времени, называется периодическим. Наименьший промежуток времени, по истечении которого наблюдаются повторения мгновенных значений периодических величин, называется периодом. Если величину, являющуюся периодической функцией времени t,обозначить через F(t), то для любого положительного или отрицательного значения аргумента t справедливо равенство
Геометрически это значит, что ординаты двух произвольных точек графика F(t) с абсциссами, отличающимися на Т, одинаковы.
Величина, обратная периоду, т.е. число периодов в единицу времени, называется частотой: f = 1/T.
Частота имеет размерность 1/с, а единицей измерения частоты служит Герц (Гц);частота равна 1 Гц, если период равен 1 с.
Преобладающим видом периодического процесса в электрических цепях является синусоидальный режим, характеризующийся тем, что все напряжения и токи являются синусоидальными функциями одинаковой частоты. Это возможно только при заданных синусоидальных ЭДС и токах источников. Тем самым обеспечивается наиболее выгодный эксплуатационный режим работы электрических установок.
Как известно из курса математического анализа, синусоида является простейшей периодической функцией; всякие другие несинусоидальные периодические функции могут быть разложены в бесконечный ряд синусоид, имеющих кратные частоты. Поэтому для исследования процессов в цепях переменного тока в первую очередь необходимо изучить особенности цепей синусоидального тока. Так как косинусоида может рассматриваться как сдвинутая синусоида, то условимся к синусоидальным функциям причислять и косинусоидальные. Колебания, выражаемые этими функциями, будем называть гармоническими.
На рисунке 2.1 изображены функции
Начальная фаза y представляет собой алгебраическую величину. На рисунке 2.1, а и г угол y отрицателен.Нарисунке 2.1, б и в угол yположителен. В дальнейшем будем пользоваться преимущественно записью (2.1).
Если угол y вычисляется в градусах, то аргумент ωt также переводится в градусы. Напомним, что 1 рад = 57,3°. в этом случае период составляет 360°.
Величина ωt + y, определяющая стадию изменения функций (2.1) и (2.2), называется фазовым углом или фазой. С течением времени фаза возрастает, причем после увеличения фазы на 2p цикл изменения синусоидальной величины повторяется.
Рассмотренные в данном параграфе понятия, характеризующие гармонические колебания, являются исходными при изучении электрических процессов в цепях переменного тока.
Источник Э.Д.С. и источник тока
Источники ЭДС и тока: основные характеристики и отличия
Электротехника связывает природу электричества со строением вещества и объясняет его движением свободных заряженных частиц под воздействием энергетического поля.
Для того чтобы электрический ток протекал по цепи и совершал работу, необходимо иметь источник энергии, совершающий преобразование в электричество:
механической энергии вращения роторов генераторов;
протекания химических процессов или реакций внутри гальванических приборов и аккумуляторов;
теплоты в терморегуляторах;
магнитных полей в магнитогидродинамических генераторах;
световой энергии в фотоэлементах.
Все они обладают различными характеристиками. Чтобы классифицировать и описать их параметры принято условное теоретическое разделение на источники:
Электрический ток в металлическом проводнике
Определение силы тока и электродвижущей силы в 18-м веке дали известные физики того времени.
Им считается идеальный источник, представляющий собой двухполюсник, на зажимах которого электродвижущая сила (и напряжение) всегда поддерживается постоянным значением. На него не влияет нагрузка сети, а внутреннее сопротивление у источника равно нулю.
На схемах он обычно обозначается кругом с буквой «Е» и стрелкой внутри, показывающей положительное направление ЭДС (в сторону увеличения внутреннего потенциала источника).
Схемы обозначения и вольт-амперные характеристики источников ЭДС
Теоретически на выводах у идеального источника напряжение не зависит от величины тока нагрузки и является постоянной величиной. Однако, это условная абстракция, которая не может быть осуществлена на практике. У реального источника при увеличении тока нагрузки значение напряжения на зажимах всегда уменьшается.
На графике видно, что ЭДС Е состоит из суммы падений напряжения на внутреннем сопротивлении источника и нагрузке.
В действительности источниками напряжения работают различные химические и гальванические элементы, аккумуляторные батареи, электрические сети. Их разделяют на источники:
постоянного и переменного напряжения;
управляемые напряжением или током.
Ими называют двухполюсники, создающий ток, который является строго постоянной величиной и никак не зависит от значения сопротивления на подключенной нагрузке, а внутреннее сопротивление его приближается к бесконечности. Это тоже теоретическое допущение, которое на практике не может быть достигнуто.
Схемы обозначения и вольт-амперная характеристика источника тока
Для идеального источника тока напряжение на его клеммах и мощность зависят только от сопротивления подключенной внешней схемы. При этом с увеличением сопротивления они возрастают.
Реальный источник тока отличается от идеального значением внутреннего сопротивления.
Примерами источника тока могут служить:
Вторичные обмотки трансформаторов тока, подключенных в первичную схему нагрузки своей силовой обмоткой. Все вторичные цепи работают в режиме надежного шунтирования. Размыкать их нельзя — иначе возникнут перенапряжения в схеме.
Идеальные и реальные источники э.д.с. и тока, их вольтамперные характеристики.
Источник ЭДС это активный элемент цепи, который имеет два вывода. Напряжение на этих выводах не зависит от сопротивления цепи, в которую он включен. То есть независимо от того какой ток будет создавать источник ЭДС в цепи напряжение на его выводах не изменится. Считается, что внутри источника ЭДС отсутствуют пассивные элементы, такие как активное сопротивление, индуктивность и емкость. То есть можно сказать, что внутренне сопротивление источника ЭДС равно нулю.
Идеальный источник ЭДС в природе не существует. И в правду трудно себе представить такой источник. В котором при замыкании его выводов между собой, нулевым сопротивлением, возникнет бесконечно большой ток. Это видно из закона Ома. I=U\R при R=0 получим I=U/0.
В реальных же источниках ЭДС всегда присутствует внутренне сопротивление. Таким образом, при замыкании выводов между собой падение напряжения на внутреннем сопротивлении уравновешивает ЭДС источника. Следовательно, ток короткого замыкания будет иметь какую-то конечную величину.
У идеального источника тока, величина тока не зависит от величины напряжения на зажимах (рис.2).
Очевидно, что ток короткого замыкания у этого источника всегда равен Iк, а его напряжение холостого хода равно бесконечности (Uхх = ∞). Поскольку ток у идеального источника тока неизменен (ΔI = 0), то он имеет внутреннее сопротивление, равное бесконечности.
При положительном напряжении и токе источник отдаёт энергию с электрическую цепь и работает в режиме генератора (Г). При обратном направлении напряжения – источник принимает энергию из цепи и работает в режиме приёмника (П).
Применение законов Кирхгофа для расчета линейных электрических цепей постоянного тока.
Последовательное соединение сопротивлений.
3.Взаимные преобразования звезды и треугольника резистивных элементов в линейных электрических цепях постоянного тока.
Расчет линейной электрической цепи постоянного тока методом двух узлов.
Одним из распространенных методов расчета электрических цепей является метод двух узлов. Этот метод применяется в случае, когда в цепи всего два узла.
Алгоритм действий таков:
1 — Потенциал одного из узлов принимается равным нулю
2 — Составляется узловое уравнение для другого узла
3 — Определяется напряжение между узлами
4 — По закону Ома, находятся токи в ветвях
Действующее значение синусоидально изменяющихся электрических величин
Идеальные и реальные источники э.д.с. и тока, их вольтамперные характеристики.
Источник ЭДС это активный элемент цепи, который имеет два вывода. Напряжение на этих выводах не зависит от сопротивления цепи, в которую он включен. То есть независимо от того какой ток будет создавать источник ЭДС в цепи напряжение на его выводах не изменится. Считается, что внутри источника ЭДС отсутствуют пассивные элементы, такие как активное сопротивление, индуктивность и емкость. То есть можно сказать, что внутренне сопротивление источника ЭДС равно нулю.
Идеальный источник ЭДС в природе не существует. И в правду трудно себе представить такой источник. В котором при замыкании его выводов между собой, нулевым сопротивлением, возникнет бесконечно большой ток. Это видно из закона Ома. I=U\R при R=0 получим I=U/0.
В реальных же источниках ЭДС всегда присутствует внутренне сопротивление. Таким образом, при замыкании выводов между собой падение напряжения на внутреннем сопротивлении уравновешивает ЭДС источника. Следовательно, ток короткого замыкания будет иметь какую-то конечную величину.
У идеального источника тока, величина тока не зависит от величины напряжения на зажимах (рис.2).
Очевидно, что ток короткого замыкания у этого источника всегда равен Iк, а его напряжение холостого хода равно бесконечности (Uхх = ∞). Поскольку ток у идеального источника тока неизменен (ΔI = 0), то он имеет внутреннее сопротивление, равное бесконечности.
При положительном напряжении и токе источник отдаёт энергию с электрическую цепь и работает в режиме генератора (Г). При обратном направлении напряжения – источник принимает энергию из цепи и работает в режиме приёмника (П).
Источник ЭДС и источник тока
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ
1. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Общие свойства
Постоянный ток широко используется во многих отраслях техники. Его применяют в устройствах связи, приборах, электрооборудовании мобильных агрегатов и др.
Совокупность источников, приемников электрической энергии и соединяющих их проводов называют электрической цепью.
Источниками электрической энергии служат устройства, в которых происходит преобразование различных видов энергии в электрическую. По виду преобразуемой энергии источники электрической энергии могут быть разделены на химические и физические. Химическими источниками электрической энергии принято называть устройства, вырабатывающие энергию за счет окислительно-восстановительного процесса между химическими реагентами. К химическим источникам относятся первичные (гальванические элементы и батареи), вторичные (аккумуляторы и аккумуляторные батареи) и резервные (при хранении электролит никогда гальванически не связан с электродами), а также электрохимические генераторы (топливные элементы).
Физическими источниками электрической энергии называют устройства, преобразующие энергию механическую, тепловую, электромагнитную, световую энергию, энергию радиационного излучения, ядерного распада в электрическую. К физическим источникам относятся электромашинные генераторы (турбо-, гидро- и дизель-генераторы), термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, МГД-генераторы, а также генераторы, преобразующие энергию солнечного излучения и атомного распада.
Приемники электрической энергии (электродвигатели, электрические печи, нагревательные приборы, лампы накаливания, резисторы и др.) преобразуют электрическую энергию в другие виды энергии.
В электрической цепи источники и приемники соединяют проводами, которые обеспечивают передачу электрической энергии от источников к приемникам.
Электрические цепи содержат:
а) коммутационную аппаратуру для включения и отключения электрического оборудования и устройств (переключатели, выключатели и др.);
б) контрольно-измерительные приборы (амперметры, вольтметры и др.);
в) аппаратуру защиты (плавкие предохранители, автоматы и др.).
Рассмотрим простейшую электрическую цепь, состоящую из аккумулятора, фары автомобиля, выключателя, амперметра и соединительных проводов (рис. 1.1 а). Графическое изображение электрической цепи, в которой реальные элементы представлены их условными обозначениями (рис. 1.1 б), называется электрической схемой.
Для упрощения изображения электрической цепи каждое электротехническое устройство заменяют (по ГОСТ) его условным обозначением.
На рис. 1.2 приведены условные обозначения источников и приемников постоянного тока: гальванического элемента (аккумулятора) (рис. 1.2 а), генератора постоянного тока (рис. 1.2 б), термопары (рис. 1.2 в), резистора (рис. 1.2 г), лампы накаливания (рис. 1.2 д), электрической печи (рис. 1.2 е).
Условные обозначения некоторых измерительных приборов и коммутирующих устройств представлены на рис. 1.3: амперметра (рис. 1.3 а), вольтметра (рис. 1.3 б), выключателя (рис. 1.3 в), предохранителя (рис. 1.3 г).
Чтобы облегчить изучение процессов в электрической цепи, ее заменяют расчетной схемой, в которой все элементы или некоторые из них
представлены так называемой схемой замещения. Схема замещения состоит из совокупности различных идеализированных элементов, выбранных так, чтобы можно было описать физические процессы в реальном устройстве. В схемах замещения источники электрической энергии, резисторы, индуктивные катушки и конденсаторы считаются элементами с сосредоточенными параметрами.
Схемы замещения различных электротехнических устройств будут подробно рассмотрены в следующих параграфах.
Электрические цепи бывают неразветвленные и разветвленные. Если во всех участках цепи ток один и тот же, она называется неразветвленной (рис. 1.4 а). В разветвленной цепи (рис. 1.4 б) в каждой ветви протекает свой ток.
Геометрическая конфигурация схемы характеризуется такими понятиями, как ветвь, узел, контур. Ветвь
– участок электрической цепи, вдоль которого протекает один и тот же ток.
Узел
– место соединения ветвей электрической цепи (не менее трех).
Контур
– любой замкнутый путь, образованный ветвями и узлами. Цепь, представленная на рис. 1.4 б имеет три ветви и два узла.
1.2. Электрический ток. Плотность тока. Электрическое напряжение
Направленное движение свободных заряженных частиц в проводнике под действием электрического поля называется электрическим током. Электрический ток является скалярной величиной, которая равна пределу отношению заряда к промежутку времени, когда последний стремится к нулю:
Электрический ток, неизменный по направлению и величине, называется постоянным током.
В проводниках первого рода (металлы) ток образуется свободными электронами, поэтому электропроводность их называется электронной. В проводниках второго рода (расплавленные соли, растворы кислот, щелочей, солей) носителями тока, заряженными частицами, являются ионы.
Значение постоянного тока определяется количеством электричества или зарядом Q
, проходящим через поперечное сечение проводника в 1
с
:
Размерность тока – ампер (А
). 1
А
– неизменный ток, который, проходя по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого круглого сечения, расположенным на расстоянии 1
м
один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу, равную
Н
на каждый метр длины.