Электрический ток, как физическое явление, представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов. Под термином "ток" также понимают интенсивность или силу тока, измеряемую количеством электрического заряда q, прошедшее через поперечное сечение проводника в единицу времени: i = dq / dt. Следовательно, ток представляет скорость изменения заряда во времени. Ток измеряется в амперах (А). Знак тока зависит от направления движения зарядов одного знака, а именно условно принятого положительного заряда. Выбранное положительное направление тока на схемах обозначается стрелкой.
Прохождение электрического тока в цепи связано с преобразованием или потреблением энергии. Для определения энергии, затрачиваемой на перемещение заряда между двумя рассматриваемыми точками проводника, вводят новую величину - напряжение.
Напряжением называют количество энергии, затрачиваемой на перемещение единицы заряда из одной точки в другую: u = dw / dt, w - энергия. Напряжение измеряется в вольтах (В).
|
|
Напряжение величина относительная и всегда определяется между двумя точками. Напряжение между двумя точками на схеме a и b обозначается через Uab. Напряжение Uab – положительное, если точка а имеет более высокий потенциал относительно точки b, и будет отрицательным, если точка а имеет более низкий потенциал, относительно точки b. При этом справедливо соотношение Uab = -Uba. Напряжение между двумя точками а и b определяется как разность потенциалов в точках а и b:
Uab = φа – φb
Потенциал φ – это напряжение в точке относительно общей опорной точки, потенциал, которой условно принимают равный 0. В схемах условным обозначением опорной точки является знак заземления. За опорную точку или узел можно выбрать любую точку схемы, однако на практике, в качестве опорной точки (узла) выбирают точку, к которой подключается наибольшее количество ветвей.
Когда говорят "напряжение в точке", имеют в виду, что напряжение определяется между этой точкой и опорной точкой (землей). Так, если за опорную точку выбран узел b (φb = Ub = 0), то напряжение в точке а равно
Ua = Uab = φа – φb = Ua – Ub = Ua – 0.
Для однозначного определения знака напряжения между двумя выводами рассматриваемого участка цепи одному из выводов условно приписывают положительную полярность, которую отмечают либо стрелкой, направленной от вывода, либо знаками “+”, “-”. Потенциал вывода со знаком “+”, из которого выходит стрелка, выше потенциала второго вывода.
Перед началом анализа схемы должны быть указаны выбранные положительные полярности напряжений - только при этом условии возможно однозначное определение напряжений. Хотя условно положительную полярность напряжения можно выбирать произвольно, обычно удобно выбирать согласованную с выбранным положительным направлением тока, когда стрелки для тока и напряжения совпадают или знак “+” полярности напряжения находится в хвосте стрелки, обозначающей положительное направление тока.
|
|
Из определения напряжения можно получить выражение для энергии, затраченной на перемещение заряда q на участке цепи с напряжением U к моменту времени t:
Дифференцирование этого равенства по времени дает выражение скорости изменения энергии во времени, т.е. мощности, выражаемой в ваттах:
Знак мощности определяется знаками напряжения и тока. При совпадении знаков напряжения и тока мощность положительна, что соответствует потреблению энергии в рассматриваемом участке цепи. При несовпадении знаков напряжения и тока мощность отрицательна, что означает отдачу ее из участка цепи (такой участок является источником энергии).