1.2. Простейшая электрическая цепь, ее параметры. Простая электрическая цепь


1.2. Простейшая электрическая цепь, ее параметры

Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом источников и приемников электрической энергии, по которым может протекать электрический ток.

Простейшая электрическая цепь состоит из источника, одного или нескольких последовательно соединенных приемников электрической энергии (нагрузок, потребителей) и соединительных проводов(рис. 1.2). Рис. 1.2

Источник питания образует внутреннюю часть цепи, а потребитель – совместно с соединительными проводами, измерительными приборами и коммутирующими аппаратами – внешнюю часть цепи.

Когда внешняя и внутренняя части цепи образуют замкнутый контур, в цепи возникает электрический ток.

Величина, или сила тока определяется количеством электричества (зарядом), проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:

I=,А - для постоянного тока; ί=,А - для переменного тока.

Прохождение электрического тока в цепи связанно с процессами непрерывного преобразования энергии в каждом из ее элементов.

В процессе преобразования других видов энергии в электрическую в источнике питания возбуждается ЭДС Е,В.

Внешняя цепь и сам источник энергии обладают сопротивлением для прохождения электрического тока.

Физическая природа омического сопротивления R – тепловое движение атомов и молекул тела (сверхпроводимость). Величина сопротивления зависит от материала, формы и размеров проводника:

R = , Ом. (1.8)

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью:

=, См. (1.9)

ЭДС Е напряжение U, ток I, сопротивление R в простейшей цепи связаны законом Ома:

I=. (1.10)

Для цепи на рис. 1.2:

I= . (1.11)

Из (1.11) следует уравнение электрического состояния цепи (рис.1.2):

Е=I R0+I R= I R0+U; (1.12)

Е=U+I·R0. (1.13)

Из (1.13) следует, что Е >U на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении:I R0.(1.14)

На основании определения напряжения, как работы по перемещению заряда +1 можно записать:

А=Uq=UIt; (1.15)

P==UI, (1.16)

где А– работа тока,Дж;Р– мощность тока, Вт.

Если в участке цепи электрическая энергия превращается только в тепло, то формулы (1.15) и (1.16) можно записать иначе (заменой U=I R):

А=I2RtиP=I2R.

Это закон Джоуля – Ленца (коэффициент 0,24 принимается для перевода АизДжвкал).

Для расчета цепей выбирается условно положительное направление Е, U, Iи оно обозначается стрелкой (рис. 1.3).

Рис. 1.3 Е направлено внутри источника от (-) к (+) [1].

Ток в простейшей цепи совпадает по направлению с ЭДС. В сложной цепи направление тока в какой-то ветви всегда неочевидно до расчета, поэтому оно выбирается произвольно. Стрелка напряжения Uнаправляется от точек более высокого потенциала к точкам более низкого.

1.3. Режимы работы электрической цепи постоянного тока

Наиболее характерными является 4 режима: номинальный, холостого хода, короткого замыкания и согласованный.

  1. Номинальный режим источников и приемников в электрической цепи характеризуется тем, что напряжения, токи и мощности их соответствуют тем значениям, на которые они рассчитаны заводами изготовителями.

  2. Режим холостого хода. Ток источников и приемников равен нулю (I=0).

  3. Режим короткого замыкания. Напряжение на участке равно нулю (Uкз=0), приемник шунтован очень малым сопротивлениемR→0.

  4. Согласованный режим – когда пассивный элемент внешней цепи работает с максимальной мощностью при данном источнике.

Легко получить условия согласованного режима. Запишем уравнение электрического состояния простейшей цепи (рис. 1.1):

Е=U+R0I , где U=I·R. (1.17)

R– сопротивление внешней цепи,

R0– сопротивление источника.

Умножим (1.17) на I:

EI = UI + R0I2,

или

P1=P2+P0,

где

Р1– мощность источника,

Р2–мощность передаваемая во внешнюю цепь,

Р0– мощность потерь внутреннего источника.

Р2=UI= RI2=R– имеет максимум,

когда величина:– максимальна т.е.:

,

или

(R0+R)2–2R(R0+R)=0, R0+R–2R=0, R=R0 .

Следовательно, внешняя цепь и источник работают в согласованном режиме при R=R0.

Кпд в согласованном режиме равен:

η====0,5.

С цепями согласованного режима приходится иметь дело тогда, когда низкий кпд не имеет решающего значения из-за малой мощности цепи и когда вопрос максимальной мощности в нагрузке преобладает над соображениями экономического порядка.

studfiles.net

Простейшая электрическая цепь

Любого человека, если он, конечно, не отказался от благ цивилизации, окружает множество электротехнических устройств. Далеко за примерами ходить не нужно: телевизор, телефон, самая обыкновенная лампа накаливания и пр. Основой всех подобных устройств является электрическая цепь. Многие литературные источники дают похожие определения, правда, применительно к простейшей разновидности. Почему так, ведь современные электронные аппараты настолько сложны, что их обслуживание доверяют компьютеризированным системам? Действительно, странно, особенно если вспомнить центральные процессоры персональных компьютеров с их миллионами транзисторов – в них также присутствует электрическая цепь постоянного тока. Причина вышеуказанного упрощения определения состоит в том, что любая, даже сложнейшая, электрическая схема может быть представлена в виде большого количества простейших составляющих. Кстати, именно поэтому появляется возможность выполнять необходимые расчеты, используя известные формулы.

Итак, с простым и сложным определились. Теперь поясним, что же такое электрическая цепь. Для того чтобы было более понятно, рассмотрим простейший пример – электрический фонарик. Причем не тот, в котором используется управляющая микросхема (переключение режимов, мигание и пр.), а самый обычный – с батарейкой, лампочкой и тумблером включения. Он состоит из корпуса, в котором размещены сам источник света, выключатель, отсек для батарейки с двумя контактами. Вставив батарейку в корпус и щелкнув выключателем, можно добиться яркого направленного свечения лампы. Совершив эти действия, мы сформировали как раз то, что называется электрическая цепь (в профессиональном сленге - собрали схему). Ток источника электроэнергии (батарейки) устремился по пути: контакт положительного полюса – проводник, тумблер – лампа – отрицательный полюс. Это называется "простейшая электрическая цепь". В примере с фонариком элементов три: источник ЭДС, тумблер и лампа. Стоит отметить, что движение электронов (ток) возможно только по замкнутому контуру, поэтому если тумблер отключить и цепь разорвать, то оно исчезнет, хотя напряжение источника останется. Кстати, все процессы могут быть описаны и рассчитаны не только через ток, но также посредством напряжения, мощности, ЭДС.

Универсальный инструмент расчета – закон Ома. В данном случае он выглядит как:

I = E/(R+r),

где I – ток, Амперы; E – ЭДС, Вольты; R – сопротивление лампочки, Ом; r – сопротивление источника ЭДС, Ом. В используемом примере влияние сопротивлений проводника и тумблера не учитывается, так как оно ничтожно мало.

Итак, электрическая цепь и ее элементы могут включать в себя источник питания, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, полупроводниковые компоненты и пр. Причем все это должно быть соединено воедино проводниками, формирующими непрерывный путь для прохождения тока.

Простые цепи подразделяются на неразветвленные и разветвленные. В первом случае по всем составляющим элементам проходит один и тот же ток (правило для последовательного соединения потребителей). Во втором же случае дополнительно прибавляется одна или несколько ветвей, соединенных с рассматриваемым простейшим контуром посредством узлов. При этом формируется смешанное соединение элементов цепи, поэтому значение тока, протекающего в каждой ветви, различно. Здесь ветвь – это участок электрической цепи, по всем элементам которого течет один и тот же ток, а противоположные концы которого подключены в двух узлах. Соответственно, узел – это точка электрической цепи, в которой сходятся три или более ветвей. На принципиальных схемах узлы часто как раз и обозначают точками, что упрощает восприятие (чтение).

fb.ru

Электрическая цепь. Схема простой электрической цепи постоянного тока.

 

 

 

Тема: принципиальная схема простой электрической цепи постоянного тока.

 

 

 

На картинке нарисована простейшая электрическая цепь постоянного тока. Она состоит из таких элементов как источник питания в виде батарейки, выключатель питания, переменное сопротивление и лампочка (представляющая собой электрическую нагрузку). Неотъемлемыми частями любой электрической схемы являются сам источник питания (постоянного тока или же переменного, без которого любая электросхема всего лишь груда металла), непосредственно нагрузка (ради которой всё и замышлялось, это электродвигатели, лампочки, нагревательные элементы и т.д.), ну и коммутирующие устройства в виде различных выключателей и переключателей (надо же схемой управлять, хотя бы на уровне включить и выключить).

 

В нашем случае электрическая схема цепи именно постоянного тока. В чём её специфика и отличия от электроцепи переменного тока? Из самого названия должно быть ясно, что в постоянном токе есть какое-то постоянство! Оно заключается в том, что носители электрического тока (электроны, электрические отрицательно заряженные частицы) движуться строго в одном направлении от минуса к плюсу. Да, стоит ещё внести уточнение. В реальности электричество движется от минуса к плюсу (в твёрдых телах, движение электронов), и от плюса к минусу (в жидких и газообразных веществах, движение ионов).

 

Электрическая цепь постоянного тока питается от источника с постоянным током, у которого есть положительный вывод (он же плюс) и отрицательный вывод (он же минус). Внутри источника постоянного тока не может, при нормальных условиях, меняться полюса, исключено самим принципом его работы и устройством. В электротехнике и особенно в электронике существует множество функциональных элементов работающие именно на постоянном токе. При подаче на них переменного тока (если не предусмотрено самой схемой) элементы либо просто не работают, либо просто выходят из строя. Это происходит потому, что переменный ток периодически меняет свою полярность с плюса на минус и обратно (в обычной городской сети это происходит 50 раз за секунду).

 

 

Как уже было подмечено вначале, самая простая электрическая цепь (будь то переменная или постоянная) состоит из источника питания, нагрузки и устройства коммутации (переключатели). В такой схеме электрической цепи энергия вырабатывается источником, и подаётся на нагрузку, выполняющую конкретную полезную работу. Естественно, без выключателей проблематично будет управлять работой электросхемы. Любая электрическая схема подразумевает функцию включения и выключения. Нарисованный на схеме (наш рисунок схемы простой электрической цепи постоянного тока) дополнительное переменное сопротивление показывает, что имеется некий элемент, способный изменять свое электрическое сопротивление, тем самым влияя на величину тока в электрической цепи.

 

На рисунке схемы электрической цепи постоянного тока можно заметить, что движение тока направлено от плюса к минусу (обозначено стрелками), а выше было сказано, что в реальности ток движется от минуса к плюсу (в твёрдых телах). Что это за несоответствие? Просто было наукой принято, что в схема должно обозначаться именно такое движение электрического тока. Но это особо не на что не влияет. Просто зная условные обозначения на электрических схемах и физический принцип действия электрического тока мы работаем со схемой, сочиняя её, либо используя при ремонте или сборке. В электронике на схемах можно заметить стрелки, находящиеся на самих функциональных элементах. Они показывают направление движения тока, как было принято в условном обозначении.

 

В более сложных электрических цепях в схемах добавляются дополнительные устройства и элементы, которые расширяют общий функционал. Каждая деталь, элемент при подаче на него напряжения или прохождении электрического тока имеет свою специфическую особенность. Хотя в целом, что можно сделать с электроэнергией источника питания? Изменить всего лишь исходные характеристики, а именно, увеличить или понизить напряжение, ток, частоту (если это переменный или импульсный ток). Включить или выключить схему электрической цепи.

P.S. Любую электрическую схему цепи можно представить как основные функциональные части, а именно, часть источника питания, часть управления и коммутации, часть непосредственной нагрузки (ради которой всё и организовывалось). Просто мысленно разбиваем схему на эти части и составляем основные функциональные блоки, модули, элементы. Далее уже всё начинает становиться на свои места. Даже достаточно сложная схема (с первого взгляда) после этого начинает становиться простой и понятной с точки зрения своей работы.

 

electrohobby.ru

1.2. Простейшая электрическая цепь, ее параметры

Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом источников и приемников электрической энергии, по которым может протекать электрический ток.

Простейшая электрическая цепь состоит из источника, одного или нескольких последовательно соединенных приемников электрической энергии (нагрузок, потребителей) и соединительных проводов(рис. 1.2). Рис. 1.2

Источник питания образует внутреннюю часть цепи, а потребитель – совместно с соединительными проводами, измерительными приборами и коммутирующими аппаратами – внешнюю часть цепи.

Когда внешняя и внутренняя части цепи образуют замкнутый контур, в цепи возникает электрический ток.

Величина, или сила тока определяется количеством электричества (зарядом), проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:

I=,А - для постоянного тока; ί=,А - для переменного тока.

Прохождение электрического тока в цепи связанно с процессами непрерывного преобразования энергии в каждом из ее элементов.

В процессе преобразования других видов энергии в электрическую в источнике питания возбуждается ЭДС Е,В.

Внешняя цепь и сам источник энергии обладают сопротивлением для прохождения электрического тока.

Физическая природа омического сопротивления R – тепловое движение атомов и молекул тела (сверхпроводимость). Величина сопротивления зависит от материала, формы и размеров проводника:

R = , Ом. (1.8)

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью:

=, См. (1.9)

ЭДС Е напряжение U, ток I, сопротивление R в простейшей цепи связаны законом Ома:

I=. (1.10)

Для цепи на рис. 1.2:

I= . (1.11)

Из (1.11) следует уравнение электрического состояния цепи (рис.1.2):

Е=I R0+I R= I R0+U; (1.12)

Е=U+I·R0. (1.13)

Из (1.13) следует, что Е >U на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении:I R0.(1.14)

На основании определения напряжения, как работы по перемещению заряда +1 можно записать:

А=Uq=UIt; (1.15)

P==UI, (1.16)

где А– работа тока,Дж;Р– мощность тока, Вт.

Если в участке цепи электрическая энергия превращается только в тепло, то формулы (1.15) и (1.16) можно записать иначе (заменой U=I R):

А=I2RtиP=I2R.

Это закон Джоуля – Ленца (коэффициент 0,24 принимается для перевода АизДжвкал).

Для расчета цепей выбирается условно положительное направление Е, U, Iи оно обозначается стрелкой (рис. 1.3).

Рис. 1.3 Е направлено внутри источника от (-) к (+) [1].

Ток в простейшей цепи совпадает по направлению с ЭДС. В сложной цепи направление тока в какой-то ветви всегда неочевидно до расчета, поэтому оно выбирается произвольно. Стрелка напряжения Uнаправляется от точек более высокого потенциала к точкам более низкого.

1.3. Режимы работы электрической цепи постоянного тока

Наиболее характерными является 4 режима: номинальный, холостого хода, короткого замыкания и согласованный.

  1. Номинальный режим источников и приемников в электрической цепи характеризуется тем, что напряжения, токи и мощности их соответствуют тем значениям, на которые они рассчитаны заводами изготовителями.

  2. Режим холостого хода. Ток источников и приемников равен нулю (I=0).

  3. Режим короткого замыкания. Напряжение на участке равно нулю (Uкз=0), приемник шунтован очень малым сопротивлениемR→0.

  4. Согласованный режим – когда пассивный элемент внешней цепи работает с максимальной мощностью при данном источнике.

Легко получить условия согласованного режима. Запишем уравнение электрического состояния простейшей цепи (рис. 1.1):

Е=U+R0I , где U=I·R. (1.17)

R– сопротивление внешней цепи,

R0– сопротивление источника.

Умножим (1.17) на I:

EI = UI + R0I2,

или

P1=P2+P0,

где

Р1– мощность источника,

Р2–мощность передаваемая во внешнюю цепь,

Р0– мощность потерь внутреннего источника.

Р2=UI= RI2=R– имеет максимум,

когда величина:– максимальна т.е.:

,

или

(R0+R)2–2R(R0+R)=0, R0+R–2R=0, R=R0 .

Следовательно, внешняя цепь и источник работают в согласованном режиме при R=R0.

Кпд в согласованном режиме равен:

η====0,5.

С цепями согласованного режима приходится иметь дело тогда, когда низкий кпд не имеет решающего значения из-за малой мощности цепи и когда вопрос максимальной мощности в нагрузке преобладает над соображениями экономического порядка.

studfiles.net

Электрическая цепь и ее элементы

Электрическая цепь это совокупность устройств, соединенных определенным образом, которые обеспечивают путь для протекания электрического тока.

Элементами электрической цепи являются: источник тока, нагрузка и проводники. Простейшая электрическая цепь показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Простейшая электрическая цепь.

В состав электрической цепи могут входить и другие элементы, таки как устройства коммутации, устройства защиты.

Как известно, для возникновения тока необходимо соединить две точки, одна из которых имеет избыток электронов в сравнении с другой. Другими словами необходимо создать разность потенциалов между этими двумя точками. Как раз для создания разности потенциалов в цепи применяется источник тока. Источником тока в электрической цепи могут быть такие устройства, как генераторы, батареи, химические элементы и т.д.

Нагрузкой в электрической цепи считается любой потребитель электрической энергии. Нагрузка оказывает сопротивление электрическому току и от величины сопротивления нагрузки зависит величина тока. Ток от источника тока к нагрузке течет по проводникам. В качестве проводников стараются использовать материалы с наименьшим сопротивлением (медь, серебро, золото).

Важно, что для протекания тока в цепи, цепь должна быть замкнута!

Типы электрических цепей

В электротехники по типу соединения элементов электрической цепи существуют следующие электрические цепи:

  • последовательная электрическая цепь;
  • параллельная электрическая цепь;
  • последовательно-параллельная электрическая цепь.

Последовательная электрическая цепь.

В последовательной электрической цепи (рисунок 2.) все элементы цепи последовательно друг с другом, то есть конец первого с началом второго, конец второго с началом первого и т.д.

Рисунок 2. Последовательная электрическая цепь.

При таком соединении элементов цепи ток имеет только один путь протекания от источника тока к нагрузке.При этом общий ток цепи Iобщ будет равен току через каждый элемент цепи:

Iобщ=I1=I2=I3

Падение напряжения вдоль всей цепи, то есть на участке А-Б (Uа-б), будет равно приложенному к этому участку напряжению E и равно сумме падений напряжений на всех участках цепи (резисторах):

E=Uа-б=U1+U2+U3

Параллельная электрическая цепь.

В параллельной электрической цепи (рисунок 3.) все элементы соединены таким образом, что их начало соединены в одну общую точку, а концы в другую.

Рисунок 3. Параллельная электрическая цепь.

В этом случае у тока имеется несколько путей протекания от источника к нагрузкам, а общий ток цепи Iобщ будет равен сумме токов параллельных ветвей:

Iобщ=I1+I2+I3

Падение напряжения на всех резисторах будет равно приложенному напряжению к участку с параллельным соединением резисторов:

E=U1=U2=U3

Последовательно-параллельная электрическая цепь.

Последовательно-параллельная электрическая цепь является комбинацией последовательной и параллельной цепи, то есть ее элементы включаются и последовательно и параллельно (рисунок 4).

Рисунок 4. Последовательно-параллельная электрическая цепь.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

www.sxemotehnika.ru

Простая электрическая цепь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Простая электрическая цепь

Cтраница 1

Простая электрическая цепь состоит из источника и приемника электрической энергии.  [1]

Схема простой электрической цепи с включением измерительных приборов показана на рис. 18.6. Напомним, что за направление тока во внешней цепи принимают движение положительных зарядов от положительного полюса к отрицательному ( см. § 18.2), а во внутренней - от отрицательного полюса к положительному, хотя электроны в металлах движутся в обратную сторону.  [3]

Следовательно, простая электрическая цепь состоит из источника электрической энергии, потребителя, подводящих проводов и выключателя.  [4]

Третьим примером простых электрических цепей может служить.  [5]

Переходные процессы в простых электрических цепях с сосредоточенными и распределенными постоянными излагаются в курсах общей электротехники. Здесь мы рассмотрим переходные процессы в более сложных электрических системах: полосовых фильтрах и многокаскадных резонансных усилителях.  [6]

На рис. 8.13 показана простая электрическая цепь, состоящая из изогнутой сверхпроводящей пластины, замыкающей источник постоянного тока. При увеличении внешнего магнитного поля транспортный ток / t стремится уменьшиться. Чтобы ток остался неизменным, на клеммах источника должно появиться напряжение V. Для вычисления величины V заметим, что на линии электрического центра пластины электрическое поле по определению равно нулю. Поэтому напряжение, которое возникает при изменении магнитного потока через замкнутый контур, образованный линией электрических центров и источником тока, целиком сосредоточено на последнем. Предположим, что амплитуда Вт переменного поля значительно превышает поле проникновения в пластину.  [8]

В чем заключается свойство простой электрической цепи.  [9]

Закон Ома действителен для простой электрической цепи. В сложной электрической цепи состоящей из двух, трех или большего числа контуров, по каждому из них проходят разные токи. Расчет сложных цепей проводится по законам Кирхгофа.  [10]

Закон Ома действителен лишь для простой электрической цепи, по которой проходит одинаковый ток. В сложных цепях в отдельных ветвях токи разные, поэтому сложные цепи рассчитываются при помощи законов Кирхгофа. В этом параграфе мы будем применять эти законы при расчете сложных цепей.  [11]

Очевидно, что никакая, даже наиболее простая электрическая цепь не может быть выполнена боа применения материалов как проводниковых, так и электроизоляционных. Назначение электрической изоляции сводится прежде всего к тому, чтобы воспрепятствовать прохождению тока путями, нежелательными для работы данной электрической цепи.  [12]

Очевидно, что никакая, даже наиболее простая электрическая цепь не может быть выполнена без применения как проводниковых, так и электроизоляционных материалов. Назначение электрической изоляции сводится прежде всего к тому, чтобы воспрепятствовать прохождению тока путями, нежелательными для работы данной электрической цепи.  [13]

Для питания ячейки при электролизе используют простую электрическую цепь постоянного тока с источником питания, потенциометром, вольтметром и амперметром, по показаниям которых контролируют волну восстановления. Ток, пропускаемый через ячейку ЭХГ, обычно порядка 10 - 6 - 10 - 5 а. Сигналы ЭХГ радикал-ионов обыкновенно появляются спустя примерно 10 мин.  [14]

Выше были рассмотрены процессы включения в простых электрических цепях, составляющих в различных сочетаниях сложные цепи электрических машин. При исследовании переходных процессов в электрических машинах во многих случаях находят применение изложенные выше основные положения преобразования Лапласа и операторного исчисления. Необходимо отметить, что выше были рассмотрены лишь простейшие случаи применения этих математических методов; более подробные сведения, касающиеся этой расчетной методики, даются в соответствующей специальной литературе.  [15]

Страницы:      1    2    3

www.ngpedia.ru

Электроцепь и электросхема

Электроцепь и электросхема

Подробности Категория: Электротехника

Paste a VALID AdSense code in Ads Elite Plugin options before activating it.

class="eliad">

Электрическая цепь. Электрическая схема

Источник тока и потребитель электроэнергии, соединенные между собой проводниками, образуют электрическую цепь. Когда цепь замкнута, по ней идет ток. Если один проводник убрать или разорвать его в любом месте, ток по цепи не пойдет. Потребитель электроэнергии в этом случае работать не будет. Замыкать и размыкать цепь, не снимая и не разрывая проводников, можно с помощью выключателя.

 

Самая простая электрическая цепь состоит из четырех элементов (рис. справа): источник тока, выключатель, потребитель электроэнергии, проводники.

Нетрудно нарисовать их и показать, как они соединены между собой. Но обычно цепи бывают гораздо сложнее. Например, в учебной мастерской есть электрические цепи, в которые входят несколько ламп, электродвигатели станков, электрические печи и другое электрооборудование. Выполнить рисунки таких цепей сложно. Вот почему в электротехнике принято изображать цепи с помощью условных обозначений. Часть из них приведена в таблице ниже.       

                                      

 

 

 

С помощью этих условных обозначений электрическую цепь (см. рис. выше) можно изобразить, как это показано на рисунке слева. Такое изображение электрической цепи с помощью условных знаков называется электрической схемой.

 

Paste a VALID AdSense code in Ads Elite Plugin options before activating it.

class="eliad">

technologys.info