1. Электрическая цепь (ЭЦ), элемент ЭЦ, электрическая схема. Источники и приемники электрической энергии.

ЭЦ – совокупность приборов и устройств, процессы в которых могут быть описаны при помощи понятий (ЭДС, сопротивление, напряжение и ток).

Элемент электрической цепи – устройство или прибор, выполняющий определенные функции.

Все элементы электрической цепи принципиально делятся на источники и потребители:

1. Источники электрической энергии – элементы, в которых различные виды энергии преобразуются в электрическую (генераторы (механическая в электрическую); термопары (тепловая энергия в электрическую); солнечные батареи (световая в электрическую); аккумуляторы и гальванический элемент (химическая в электрическую)).

2. Потребители (приемники) электрической энергии - элементы электрической цепи, в которых электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии (двигатель (электрическая в механическую энергию); гальванические ванны (в химические связи); нагреватели (в тепловую энергию); лампы ( световая энергия)).

3. Вспомогательные элементы – выключатели, предохранители, разъемы, измерительные приборы.

Схема – графическое изображение электрической цепи.

Чаще всего используются электрические схемы 3-х видов:

1. Монтажная схема - изображает элементы цепи и соединительные провода.

2. Принципиальная схема – на ней показываются условные графические изображения элементов и их соединений.

3. Схема замещения – расчетная модель электрической цепи, на которой элементы замещаются идеализированными элементами без вспомогательных элементов, не влияющих на результаты расчетов.

Источники (генераторы) электрической энергии подразделяются на: Источники тока;

Источники ЭДС.

Идеальные источники электрической энергии – элементы, внутренние потери в которых

отсутствуют.

Идеальные источники ЭДС – элемент, напряжение, на зажимах которого, может

представлять любые функции во времени, но не зависящего от тока, протекающего ч/з

него.

Реальные ИЭ всегда имеют внутренние потери, то есть источники ЭДС имеют внутреннее сопротивление, а источники тока – внутреннюю проводимость (величина, обратная сопротивлению).
2. Классификация электрических цепей (ЭЦ). Закон Ома для участка цепи, содержащего источник ЭДС.

---

ЭЦ делятся:

1.цепи постоянного тока (ток, не меняющ. во времени), цепи переменного тока (синусоидально изменяющийся ток).

2.Линейные – ЭЦ сопротивление каждого эл-та кот. не зависит ни от тока, ни от напряжения. Зависимость напряж. от тока показывается на вольт-амперных хар-ках.

Нелинейные – если хотя бы один элемент в цепи имеет сопротивление, зависящее или от тока или от напряжения

3.Простые - цепь, в которой все элементы цепи соединены последовательно. Сложные – все остальные.
Топологические элементы электр. схем. Ветвь – участок цепи, на кот. все эл-ты соединены последовательно. Узел – точка пересеч. 3-х и более ветвей. Контур - путь от обхода вдоль ветвей ЭЦ начин. и заканч. в одн. т. (На рис. – 2 узла, 3 контура, 3 ветви)
З-н Ома на участке цепи: I=U_ab/R. Напряжение на любом участке цепи, соединяющей источники ЭДС = произведению протекающего через участок тока на сопротивление этого участка: U_ab=IR.

Общий закон Ома для участка цепи, в которой присутствуют источники ЭДС:

U_ab=IR U_cb=c-b; E=b-c =>c-b=-E=U_cb;

Uab=Uac+Ucb; U_ab=IR-E;

I=(U_ab+E)/R – для участка цепи, соединяющей источники ЭДС.

U_ab=IR U_ab=а-b=E


3. Схемы замещения реальных источников энергии. Режимы работы источников энергии. Баланс мощностей в цепи постоянного тока.
1. Схема замещения с использованием источника ЭДС.

r ₀ – внутреннее сопротивление источника.

Е – ЭДС идеального источника ЭДС.

2. Схема замещения с использованием идеального источника тока.

I – ток источника тока.


Обе схемы замещения эквивалентны по отношению к нагрузке тогда, когда выполняется условие: Е=Ir₀

Энергия и мощность электр.цепи

Из определения ЭДС , что работа совершаемая источником энергии за время t, те работа сторонних сил по разделению зарядов равна W_и=EQ=EIt. На нагрузке при напряжении U и токе I расходуется энергия W_п=UQ=UIt=RI²t=U²t/R

Мощность Р характеризует иньенсивность преобразования энергии из одного вида в другой в единицу времени , мощность источника P_и=W_и/t=EI , для приемника P_п=W_п/t=UI=RI²=U²/R

В СИ мощность измеряют в ДЖ и ВАТТ, 1 ДЖ=1Ватт*сек

---

Баланс мощностей в цепях постоянного тока:

На основании закона сохр энергии -Сумма мощностей приемников электрической цепи равна сумме мощностей источников электрической энергии:


и сточник ЭДС является потребителем или приемником электрической энергии, в том случае, если направление его ЭДС и ток через него не совпадают. Такой источник энергии входит в правую часть баланса мощностей со знаком минус.

4. Законы Кирхгофа. Расчет цепей постоянного тока путем непосредственного применения законов Кирхгофа. Потенциальная диаграмма

Законы:

1. Алгебраическая сумма токов в узле равно 0.
Т оки, втекающие в узел берутся с "+", вытекающие с "-"

(I₁+I₂-I₃-I₄+I₅=0).

Если в схеме имеются n-узлов, то для нее можно составить (n-1) независимых уравнений по 1 закону Кирхгофа.

2. Алгебраическая сумма падений напряжений вдоль замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура.






Падение напряжения на элементах, входящих в контур, считать положительным, если направление тока через элемент совпадает с выбранным нами направлением обхода контура. Также и ЭДС.

I₁R₁+I₂R₂-I₃R₃-I₄R₄=E₁-E₂
непосредственного применения законов Кирхгофа:

Пусть p – количество ветвей, n – количество узлов, k – количество ветвей, содержащих источники тока, q – количество уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа, m – количество уравнение, составленных по первому уравнению Кирхгофа.

m=n-1; q=p-(n-1)-k



Потенциальная диаграмма: Строится для любого замкнутого контура, при этом потенциал одной (любой) из точек контура принимается равным нулю. По оси абсцисс последовательно откладывается сопротивление всех элементов, входящих в контур, а по оси ординат – потенциалы различных точек контура.

---

7. Расчет цепей постоянного тока методом контурных токов и методом эквивалентного генератора.

М етод контурных токов:

Пусть в каждой ветви контура протекает контурный ток.

I1=I_k1;

I2=-I_k2;

I3=I_k1-I_k2;

I4=I_k1-I_k3;

I5=I_k3-I_k2;

I6=I_k3;

С опротивления вида R₁₁, R₂₂, R_mn (m=n) называются собственными сопротивлениями контура и представляют собой сумму всех сопротивлений, входящих в контур.

Сопротивления вида R_km (k≠m) – это сопротивление общей ветви для контурных токов I_k и I_m. Оно считается положительным, если направление контурных токов через общую ветвь совпадает.

8. Метод эквивалентного генератора:

Позволяет найти ток в отдельно взятой ветви сложной цепи.

Суть: выделяется ветвь, в которой требуется найти ток, а вся оставшаяся цепь представлена в виде эквивалентного генератора, который характеризуется ЭДС и внутренним сопротивлением.

п орядок расчета:

1. 
   разрывается ветвь, в которой требуется найти ток, и находится (любыми достижимыми методами) напряжение между точками разрыва – напряжение холостого хода (Uxx)
   
2. 
   определяется внутреннее сопротивление эквивалентного генератора, при условии, что источники энергии в нем отсутствуют и заменены их внутренними сопротивлениями.
   
3. 
   находим ток.
   

Цепи однофазного пересенного тока.
1. Получение синусоидальной ЭДС. Основные величины, характеризующие гармонические колебания.

Цепью синусоидального тока называется цепь, токи напряжения и ЭДС на всех участках которой изменяются по синусоидальному закону с одинаковой частотой.

Значение переменного тока (напряжение и ЭДС) в любой момент времени (заданный) называется мгновенными значениями тока.

П олучение синусоидальной ЭДС:

з-н Максвелла.

е=-dФ/dt

Ф_n=BScosα=BScos(ωt+φ)

е=BSωsin(ωt+φ)=E_msin(ωt+φ)
Основные величины, характеризующие гармонические колебания:

---

a (t)=A_msin(ωt+φ)

A_m – амплитуда колебаний

(ωt+φ) – фаза колебаний

ω – угловая частота.

ω=2πf, где f – частота колебаний; f=1/T

Т – период колебаний.

Период – время, за которое величина совершает полное колебание.
В цепях переменного тока напряжение и ток, изменяясь по синусоидальному току с одинаковой частотой, в общем виде имеют разные начальные фазы колебаний. Разность между начальными фазами колебаний напряжения и тока называется сдвигом фаз между ними.

φ=φ_u-φ_i


3. Представление синусоидальных функций в различных формах.

Способы изображения:

1. 
   аналитическая форма:
   
2. 
   представление в виде вращающихся векторов:
   
3. 
   комплексный или символический метод:
   

обычно записываются комплексы действующих значений синусоидальных величин.
к омплексным сопротивлением элемента называется отношение комплекса напряжения на элементе к комплексу тока через него.

- комплексное сопротивление

2. Действующие и средние значения синусоидальных величин

под действующим значением синусоидальной величины понимают среднеквадратичное значение за период колебаний.
для тока:

I – постоянный ток, i – синусоидальный (переменный) ток.
действующее значение синусоидального это такое значение постоянного тока, которое на единичном сопротивлении за время, равное одному периоду колебания, выделит такое же количество тепла, как и переменный ток.

Среднее значение синусоидально изменяющейся величины называется ее среднеарифметическое значение за "+" полупериод.

10. Резистивный элемент в цепи переменного тока. Векторная диаграмма.

Резестивный элемент в цепи перем. тока.

I=U/R

векторная диаграмма – совокупность векторов напряжений и токов на комплексной плоскости.

Комплексное сопротивление резистивного элемента = его активному сопротивлению. Напряжение на резистивном элементе и ток через него совпадают по фазе т.е.=0.

---

Смотрите также файлы

• Вопросы 1 Какие формы общения преобладают в данных ситуациях.rtf

• Что такое Moodle.docx

• Программа растыр.docx

• Лекция 1 Математика как учебный предмет начального общего образования.doc

• Бланк выполнения задания 3.docx