Электрический ток и напряжение - основные величины, характеризующие состояние электрических цепей.
Электрический ток в проводнике есть упорядоченное перемещение электрических зарядов. Ток оценивают интенсивностью или силой тока, измеряемой скоростью изменения заряда во времени:
Задавая ток, необходимо указать закон его изменения во времени и положительное направление. Прохождение электрического тока по цепи связано с потреблением энергии.
Напряжением называют количество энергии, затрачиваемой на перемещение единицы заряда из одной точки в другую:
Перед расчётом необходимо указать положительные направления напряжений на элементах.
Источник ЭДС – элемент с двумя выводами, электродвижущая сила которого, изменяясь заданным образом во времени, не зависит от величины тока отдаваемого во внешнюю электрическую цепь.
а) б)
Источник тока – элемент цепи, по выводам которого протекает ток с заданным законом изменения во времени и не зависящим от напряжения между выводами.
|
|
в) г)
Рис.1.1. Идеальные источники электрической энергии. а) источник ЭДС; б) ВАХ идеальной ЭДС; в) источник тока; г) ВАХ идеального источника тока.
Активное сопротивление – идеализированный элемент, в котором происходит лишь необратимое преобразование электромагнитной энергии в тепло или другие виды энергии.
[B]
R[Ом]
[A]
Рис.1.2. Активное сопротивление. Основные соотношения.
Индуктивный элемент – идеализированный элемент, в котором лишь запасается магнитная энергия за счёт протекающего по элементу тока.
[Bб]
O [A]
Мера индуктивного элемента – индуктивность , где - потокосцепление [Вб]
По закону электромагнитной индукции
- вебер-амперная характеристика
, где
- вектор магнитной индукции
S – сечение сердечника
В однородной среде , где - вектор напряжённости магнитного поля;
- магнитная постоянная
По закону полного тока
, где
l – замкнутый путь интегрирования
Если внутренний и внешний диаметры сердечника превышают размеры поперечного сечения S, то поток Φ можно считать равномерным.
Рис. 1.3. Индуктивный элемент. Основные соотношения.
Емкостной элемент – идеализированный элемент, в котором происходит только запасание электрической энергии, зависящей от приложенного напряжения.
i
Рис. 1.4. Ёмкостной элемент. Основные соотношения.
В теории линейных электрических цепей R, L,C принимаются константами, т.е. величинами, не зависящими от тока или напряжения. Это допущение выполняется, очевидно, приближённо.
Схема замещения элементов электрической цепи.
|
|
Введённые элементы пассивных цепей являются идеализированными элементами или математическими моделями. Комбинируя их, можно составить схему замещения, отражающую поведение любого реального устройства по отношению к его внешним выводам. Составление таких схем, в общем случае, дело трудное, требующее знания физических процессов и режимов работы устройств, учёта целей и точности расчётов. В качестве примера представлены три схемы замещения: