Режимы работы электрической цепи

Различают три основных режима: номинальный, холостого хода, короткого замыкания.

Режим работы электрической цепи, при котором напряжения, токи и мощности ее отдельных элементов равны номинальным паспортным значениям, называется номинальным.

Режим работы электрической цепи, при котором ток в ней равен нулю, называется режимом холостого хода. Режим работы электрической цепи, при котором накоротко замкнут участок электрической цепи, в связи с чем напряжение на этом участке равно нулю, называется режимом короткого замыкания. В режиме КЗ сопротивление нагрузки R=0, ток в цепи определяется выражением I=E/r. Для источников с малым внутренним r режим короткого замыкания опасен, так как ток в цепи резко возрастает (I→∞).

Законы Кирхгофа

1 закон Кирхгофа. Для любого узла электрической цепи алгебраическая сумма токов равна нулю ∑I=0 или сумма токов, входящих в узел, равна сумме токов, выходящих из узла. При этом в алгебраической сумме токи, направленные к узлу, берутся со знаком плюс, а токи, направленные от узла – со знаком минус. Например, для узла на рисунке 2.4,а уравнение Кирхгофа

                      -I₁-I₂+I₃-I₄+I₅ = 0; I₃ +I₅ = I₁+I₂ +I₄                          

              а)                                               б)

Рисунок 2.4- Узел (а) и контур (б) электрической цепи для пояснения применения законов Кирхгофа.

2 закон Кирхгофа. Для любого контура электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС контура равна алгебраической сумме напряжений на всех сопротивлениях этого контура ∑Е=∑U.

Для составления уравнения по второму закону Кирхгофа выбирается обход контура. Если направления ЭДС и токов в контуре совпадает с направлением обхода, то эти ЭДС и соответствующие напряжения берутся со знаком плюс, в противном случае – со знаком минус. Например, для контура на рисунке 2.4,б уравнение Кирхгофа

                              E₁-E₂ = IR+Ir₁+Ir₂                                         

Энергия и мощность электрической цепи. 

В электрической цепи источник вырабатывает электрическую энергию, в потребителях эта энергия превращается в другие виды энергии, при этом совершается полезная работа. Часть электрической энергии источника теряется в цепи в виде тепла.

W = UIt = I²Rt – электрическая энергия потребителя;                

Скорость совершения работы или скорость преобразования энергии в электрической цепи характеризуется электрической мощностью

                                   P = A/t = W/t.                                      

P = UI = I²R – электрическая мощность потребителя;             

Электрическая энергия измеряется в Дж или кВт·ч, мощность – в Вт.

1 кВт·ч = 3 600 000 Дж.

Количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему постоянного тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока: 

                                          Q = I²Rt.                                          

Эта зависимость называется законом Джоуля – Ленца.