Файл: Теория линейных электрических цепей учеб. пособие.pdf

передается приемнику. Такое устройство называется четырехпо­ люсником. На рис. 1.2 дано условное изображение четырехполюс­ ника. Простейшим промежуточным устройством для передачи энер­ гии от источника к приемнику являются два провода, соединяю­ щие зажимы источника с зажимами приемника.

Электромагнитные процессы в электрических цепях при пере­

цепей состоит в построении самих цепей и определении значений величин индуктивностей, емкостей и сопротивлений по заданным свойствам этих цепей.

§1.2. Ток и напряжение

1.Определения. Движение электрических зарядов в проводящей среде под влиянием электрического поля представляет собой ос­ новную форму электрического тока — ток проводимости. Током проводимости, или током называется количество электричества, протекающего за одну секунду через поперечное сечение проводника:

' - f

В случае тока, изменяющегося с течением времени, вводится понятие мгновенного значения тока. Мгновенное значение тока представляет собой производную заряда по времени:

. dq l~dt'

18

где dq — заряд, прошедший за время dt через поперечное сечение проводника. Ток измеряется в амперах. Ток в проводнике возни­ кает, если вдоль проводника создано электрическое поле, а в этом случае между любыми двумя точками, расположенными по длине проводника, имеет место разность потенциалов. Разность потенциа­ лов между двумя точками иначе называется напряжением или падением напряжения между этими точками. Измеряется разность потенциалов в вольтах. Разность потенциалов между точками «а»

цепи и принятой за опорную при определении потенциалов. По­ тенциал этой опорной точки удобно считать для данной цепи равным нулю.

Напряжение между двумя точками может быть положительным или отрицательным в зависимости от направления отсчета. Будем считать, что напряжение иаЬ направлено от точки «а» к точке «Ь», если ф а > Фб. Так как за направление тока в проводнике услови­ лись считать направление движения положительных зарядов, а положительные заряды под влиянием сил электрического поля движутся от точек высшего потенциала к точкам низшего, направ­ ление тока через пассивный двухполюсник удобно считать совпадаю­ щим с направлением напряжения на его зажимах.

В дальнейшем будем пользоваться терминами — напряжение и падение напряжения, выбирая первый или второй для того, чтобы оттенить смысл определяемой разности потенциалов. Говоря, напри­ мер, о генераторе, будем понимать под напряжением разность потен­ циалов между зажимами работающего генератора. Падением напря­ жения в генераторе будем называть разность между э. д. с. и напряжением на его зажимах, создаваемую током в сопротивлениях токоведущих элементов самого генератора. Когда говорят о линии передачи электрической энергии, то под напряжением в линии пони­ мается разность потенциалов между проводами, в то время как падение напряжения в линии означает разность потенциалов вдоль проводов, возникающую при токе в линии благодаря сопротивлению самих проводов линии.

Когда же речь идет о приемнике, то «напряжение» и «падение напряжения» на нем означают одну и ту же разность потенциалов между его зажимами.

2. Режим работы цепи. Токи и напряжения, возникающие в цепи при включении источников электромагнитной энергии, представляют собой реакцию цепи на воздействие источников. Реакция цепи может носить неустановившийся и установившийся характер.

Дело в том, что после включения в цепь генераторов токи и напряжения в цепи устанавливаются не мгновенно, а постепенно, асимптотически приближаясь к своим установившимся значениям. Например, если катушку подключить к аккумулятору, ток в цепи будет изменяться так, как показано на рис. 1.3. Установившимся

19

ток в этой цепи можно считать только через некоторое время после замыкания цепи.

В установившемся режиме токи и напряжения в зависимости от рода генератора могут быть постоянными или периодическими функциями времени. Их зависимость от времени, прошедшего с момента включения генератора, теряет всякое значение. В даль­ нейшем, если не оговорено противное, будем предполагать, что включение генераторов в цепь произошло столь давно, что режим

преобразующие энергию любого вида в электромагнитную. В ка­ честве генераторов постоянного напряжения часто используются

установлены, например, для зарядки аккумуляторов на автома­ шинах. Освещение железнодорожных вагонов и кораблей осущест­ вляется также с помощью подобных генераторов.

Одной из основных величин, характеризующих электрические качества генератора, является его э. д. с. Благодаря химическим реакциям в гальванических генераторах или движению проводни­ ков в магнитном поле в электромашинных генераторах, внутри генераторов происходит принудительное разделение электрических зарядов. Это разделение создается против сил притяжения между зарядами разных знаков и вызывает возникновение внутри генера­ тора электрического поля, а следовательно, и разности потенциа­

в электрической цепи. Численно э. д. с. генератора равна разности потенциалов между его зажимами в том случае, если цепь разомк­ нута и тока через генератор нет. За направление э. д. с. принима­ ется направление принудительного движения положительных заря­ дов внутри генераторов, т. е. направление от отрицательного по­ люса генератора к положительному. Измеряется э. д. с. в вольтах.

Условно считая, что в цепи движутся положительные заряды, можно сказать, что в пассивном двухполюснике это движение про-

20

исходит под действием сил поля от точек высшего потенциала к точкам низшего, от положительного полюса генератора — к отри­

ратора происходит преобразование химической (или другой) энер­ гии в электромагнитную. Вне генератора имеет место обратное преобразование электромагнитной энергии в другие формы энер­ гии.

Внутреннее сопротивление генератора также является величи­ ной, характеризующей электрические свойства генератора. Под

но упрощает расчеты. Ошибка же, создаваемая ею, тем меньше,

ратор можно изобразить в виде источника напряжения и последо­ вательно соединенного с ним двухполюсника, имитирующего его внутреннее сопротивление. Иначе реальный генератор можно изо­ бразить в виде источника напряжения, рядом с которым написана

21