Главная Движение носителей электрических зарядов



а) 6)

Рис. 1.7

Рис. 1.8

Электрическая емкость С представляет собой коэффициент пропорциональности между зарядом q и напряясением на элементе: q = CU. Реальный элемент, основной характеристикой которого является параметр С, называется конденсапором. Зависимость заряда конденсатора от приложенного напряжения называется кулон-вольтной характе-риапикой (рис. 1.6). Электрическая емкость С элемента цепи выражается в СИ в фарадах (Ф). Фарада - это емкость такого конденсатора, напряжение между обкладками которого равно 1 В при заряде на обкладках в 1 Кл, т. е. 1 Ф = 1 Кл/1 В. Емкость в 1 Ф - очень большое значение. Например, емкостью в 1 Ф будет обладать уединенный шар радиусом 9 -10 м, т. е. шар, радиус которого примерно в 1500 раз больше радиуса Земли. Поэтому на практике используют в основном производные единицы: микрофарада (мкФ), нанофарада (нФ) и пикофарада (пФ), которые соответственно равны: 1 мкФ = 10"* Ф, 1 нФ = 10" Ф, 1 пФ = = 10-Ф = 10"* мкФ.

За единицу количества электричества в 1 Кл принимают заряд, пересекающий за 1 с сечение проводника с постоянным током в 1 А.

При анализе и расчете электрических цепей источники питания заменяют эквивалентными идеальными источниками, которые, в свою очередь, подразделяют на идеальные источники э. д. с. и идеальные источники тока. Идеальным иапочником э. д. с. (напряжения) называется источник, внутреннее сопротивление которого равно нулю, а э. д. с. Е постоянна и равна э. д. с. реального источника, причем эта э. д. с. не зависит от тока нагрузки, проходящего через источник: £ = [/ = const. На электрических схемах источники э. д. с. изображают в виде окружностей со стрелками внутри, указывающими положительное направление э. д. с, т. е. направление возрастания потенциала внутри источника, и написанной рядом с окружностью буквой Е (рис. 1.7, а). Идеальным источником тока называется источник с/внутренним сопротивлением, равным бесконечности, и током, не зависящим от сопротивления нагрузки цепи г, т. е. током, значение которого не зависит от значения напряжения и равно току короткого замыкания 7 источника питания. На электрических схемах источники тока изображают в виде окружностей с двумя стрелками внутри, указывающими положительное направление тока, и написанной рядом с окружностью буквой J (рис. 1.7, б).

Свойства идеальных источников э. д. с. и тока описывают с помощью внешних характеристик (рис. L8), причем внешняя характеристика идеального источника э. д. с. представляет собой горизонтальную прямую cd (рис. 1.8, а), а внешняя характеристика идеального источника тока - вертикальную прямую аЬ (рис. 1.8, б).



Таким образом, из внешних характеристик следует, что идеальные источники э. д. с. и тока являются источниками бесконечной мощности. Действительно, при увеличении тока в источнике э. д. с. и напряжении в источнике тока их мощности теоретически могут возрастать до бесконечности.

§ 1.2. Схемы соединений, схешы замещения электрических цепей и режимы их работы

Графическое изображение электрической цепи с помощью стандартных условных обозначений ее элементов, отражающее характер соединения этих элементов, называется схемой электрической цепи.

Схема электрической цепи, через все участки которой проходит один и тот же ток, представляет собой последовательное соединение приемников. При параллельном соединении приемников они всегда находятся под одним и тем же напряжением. Если приемники соединены последовательно и параллельно, то такая схема называется смешанным соединением приемников.

Простейшая электрическая цепь показана на рис. 1.2, где источник питания с внутренним сопротивлением го образует так называемый внутренний участок цепи, а соединительные провода с приемником (сопротивление г) - внешнюю часть цепи. Выходные зажимы 1 и2 источника питания подключены с помощью соединительных проводов к входным зажимам приемника а и Ь. Таким образом, в электрической цепи можно выделить участки, содержащие как активные, так и пассивные элементы.

Для анализа электрической цепи необходимо вьщелить отдельные ветви и узлы. Ветвь - это участок электрической цепи, вдоль которого протекает один и тот же ток. Узлом называют точку в электрической цепи, в которой соединяются три ветви и более (рис. 1.9). Любой замкнутый путь в электрической цепи, состоящий из нескольких ветвей, называют контуром. Соединение элементов цепи, при котором ветви находятся между двумя узлами, называют параллельным. Следовательно, в этом случае к элементам приложено одно и то же напряжение. Простейшая электрическая цепь (см. рис. 1.2), когда во всех элементах проходит один и тот же ток, называется последовательной и является одноконтурной. Электрическая цепь, содержащая параллельное и последовательное соединение ветви, называется разветвленной и является многоконтурной.

При анализе электрических цепей рассматривают не цепи с реальными генераторами, электрическими двигателями, лампами и т. п., а схемы отражающих свойства реальных элементов цепей при определенных условиях, т. е. реальные электрические цепи заменяют схемами замещения или эквивалентными схемами, которые являются идеализированными расчетными моделями реальных цепей. Итак, схема замещения есть графическое изображение реальной цепи с помощью идеализированных




элементов, параметры которых отражают параметры залещаемых элементов. Так, источник с э. д. с. Ей внутренним сопротивлением Го можно представить в виде схем замещения, состоящих либо из идеального источника э. д. с, и резистивного элемента, либо из идеального источника тока и резистивного элемента. Рассмотрим, например, электрическую схему рис. 1.2 и представим ее двумя эквивалентными схемами. Из уравнения (1.3) следует, что ток в цепи ограничен сопротивлением источника питания Го и сопротивлением приемника г, поэтому источник питания может быть заменен источником э. д. с. Е (рис. 1.10) и последовательно включенным сопротивлением г, которое равно внутреннему сопротивлению реального источника, или источником тока с параллельно включенным сопротивлением го (рис. 1.11). Рассмотрим баланс мощностей источников питания для схем, приведенных на рис. 1.10, 1.11.

Для схемы рис. 1.10 имеем

EI = Рго + VI, (1.8)

а для схемы рис. 1.11

Vh = t/>o + Ш, (1.9)

где EI - мощность источника напряжения; 7Го - мощность потерь в источнике напряжения; UI - мощность нагрузки или мощность, отдаваемая источником во внешнюю цепь; [/7 - мощность источника тока; [ го - мощность потерь в источнике тока.

Если 7к = 7i/ro, то, согласно уравнениям (1.8) и (1.9), источники напряжения и тока создают одинаковые напряжения, токи и мощности, отдаваемые во внешнюю цепь. Следовательно, теоретически безразлично, с каким из идеальных источников питания использовать схему замещения. Однако на практике реальный источник питания обычно заменяют источником э. д. с, так как в этом случае через все элементы схемы замещения проходит реальный ток и идеальный источник развивает мощность Р = 7i7, соответствующую мощности действительного источника. В самом деле, действительные источники питания работают в режимах, близких к режиму идеального источника э. д. с. (Е к [/), если их внутренние сопротивления достаточно малы в сравнении с сопротивлением нагрузки. В режимах же идеального источника тока действительные источники питания могут работать тогда, когда имеют



0 1 2 [3] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0129