Электрические цепи и их основные параметры

Учебный год МОК Теория электрических цепей Макаров С.В.

Введение. Электротехника - это область науки и техники, изучающая электрические и магнитные явления и их использование в практических целях, например, для получения, преобразования, передачи и потребления электрической энергии. В области коммуникаций и обработки информации также применяют разного типа электротехнические устройства. Создания и рациональное использование электротехнических устройств требует проводить оценку их основных интегральных параметров, таких как сила электрического тока, потенциал, напряжение, электродвижущая сила (ЭДС), сопротивление, емкость, индуктивность и др. Теория электрических цепей (ТЭЦ) – расчетный раздел электротехники, в котором рассматриваются математические модели и методы, позволяющие в определенном приближении решать указанные задачи.

Электрические цепи и их основные параметры.

Электрическая цепь – это совокупность источников и приемников электромагнитной энергии, соединенных проводниками. Источники преобразуют различные виды энергии в электромагнитную энергию – аккумуляторы, генераторы, термо- и фотоэлементы и др.

Приемники – это накопители и потребители энергии электромагнитного поля.

Накопители запасают и затем отдают в цепь электромагнитную энергию, например, индуктивные и емкостные накопители. Потребители преобразуют электромагнитную энергию в другие виды энергии – это нагреватели, лампы, двигатели и т.п.

Свое назначение электрическая цепь выполняет при наличии в ней электрического тока и напряжения. Ток – это упорядоченное движение зарядов, равное скорости их перемещения через поперечное сечение участка цепи:

i = dq/dt, [А = Кл/сек]

Для однозначного определения тока за положительное направление достаточно выбрать одно из двух его возможных направлений.

Потенциал φ – это скалярная величина, равная работе по переносу единицы положительного заряда из данной точки в точку с φ = 0.

Напряжение равно энергии, затрачиваемой на перемещение единицы заряда из одной точки цепи в другую точку и равно разности потенциалов этих точек:

u = dW/dq = φ1 –φ2, [В = Дж/Кл]

Положительное направление напряжения принято связывать с принятым положительным направлением тока.

Движение носителей зарядов в электрической цепи происходит под действием кулоновских сил притяжения от точки с большим потенциалом к точке с меньшим. Если в результате такого движения будет достигнуто условие

φ1 = φ2 и u = 0

то ток и связанные с ним электрические эффекты исчезнут. Чтобы это не происходило, необходимо в течение заданного времени соблюдать условие

то есть, снова разделить разноименные заряды, несмотря на действие кулоновских сил притяжения между ними.