Лекция 1. Линейные электрические цепи постоянного тока

Электри­ческая цепь — это состоящий из проводников замк­нутый путь для тока, то есть для направленного движе­ния электрических зарядов. Для поддержания тока в цепи нужен источник электрической энергии. К электротехническим уст­ройствам относятся:

• источники электромагнитной энергии (генераторы) или источники электрических сигналов (гальванические эле­менты, аккумуляторы);

• приемники или потребители;

• устройства передачи и преобразования электрической энергии (кабели, провода и трансформаторы).

1. 1. Источники электрической энергии относятся к группе активных элементов электротехнических уст­ройств. Если R₀ = 0 и электродвижущая сила (ЭДС) Е = const, то источник называется идеальным. Внутреннее сопротивление источника тока R_вн во много раз больше сопротивления нагрузки.

Аккумуляторная батарея по своим параметрам близка к идеальному источнику ЭДС. Направленное движение электрических зарядов называется электрическим током.

Направлением тока условились считать направ­ление движения положительных зарядов. Поэтому на­правление тока в металлах противоположно направ­лению движения электронов. Для возникновения тока необходимо наличие электрической цепи.

1. 2. Основными частями простой элек­трической цепи (рис. 1. 1) являются источник электрической энергии е, приемник электроэнергии R и соединитель­ные провода. Для замыкания и размыка­ния цепи служит выключатель К.     

Рис. 1 1

К группе пассивных элементов относятся: активное сопротивление R, индуктивность L и емкость С.

1. 3. Условные обозначения источников электрической энергии и элементов электрических цепей:

	Идеальный источник ЭДС: Е – электродвижущая сила, Е = const; R0 = 0 – внутреннее сопротивление.		Индуктивность L = const
			Активное сопротивление R = const.
	Идеальный источник тока: I = const, RВН – внутреннее сопротивление источника тока, RВН > > RНАГ.
			Емкость С = const

Напряжение измеряется в вольтах (В).

1. 4. В электротехнических устройствах одновременно протекают три энергетических процесса:

1. В активном сопротивлении в соответствии с законом Джоуля – Ленца происходит преобразование электриче­ской энергии в тепло. Мощность активного сопротивления всегда положительна.

Термин «сопротивление» применяется для условного обозначения элемента электрической цепи и для количественной оценки величины R. Сопротивление измеряется в омах (Ом). Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью и измеряется в сименсах (См). Величина R любого приемника, строго говоря, не остается постоянной при протекании по нему тока, так как сопротивление зависит от температуры.

Для практических расчетов в электрических цепях величину R можно принимать постоянной. В этом случае зависимость напряжения на сопротивлении R от силы тока (вольтамперная характеристика) будет называться линей­ной.

2. Индуктивный элемент – это элемент, в котором энергия электрического поля преобразуется в энергию магнитного поля.

3. Накопление энергии происходит в электрическом поле конденсатора.

Для количественного описания электрического тока используются две основные величины: сила тока и плотность тока. Единицей силы тока служит ампер (А). Плотность тока измеряется в амперах на квад­ратный метр (А/м²).

Те или иные соединения элементов называются электрической цепью, а графическое изображение цепи – электрической схемой.

Электрическая схема показывает, как осуществля­ется соединение элементов рассматриваемой цепи. В элек­трической схеме соединения элементов образуют ветви, узлы, контуры.

Участок электрической цепи, по которому прохо­дит ток одного и того же значения и направления, называ­ется ветвью. Замкнутая электрическая цепь, образованная одной или несколькими ветвями, называется контуром, а место соединения трех или более ветвей – узлом. На схеме узел изображается точкой. Графическое изображение цепи называется электрической схемой.

Электрические цепи классифицируются: по роду тока (постоянный и переменный); по характеру элементов (линейные и нелинейные); по схемам соединения (простые и сложные); по изображению (монтажные, принципиаль­ные и замещения).