Линейные электрические цепи постоянного тока. Основные понятия и определения

Лекция №1

Линейные электрические цепи постоянного тока. Основные понятия и определения.

Законы Ома и Кирхгофа.

Определение элементов электрической цепи. Топологическая структура электрической цепи.  Классификация электрических цепей. Законы Ома и Кирхгофа.

Курс «Электротехника и электрооборудование на предприятиях пищевой промышленности» является дисциплиной фундаментальной подготовки инженеров неэлектрических специальностей. Эта наука изучает электрические и магнитные явления, производство электрической энергии, передачу, распределение между потребителями и преобразование в другие виды энергии.

Электрической цепью называют совокупность устройств, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий – Э.Д.С., ток, сопротивление. Отдельное устройство, входящее в состав электрической цепи и выполняющее в ней определенную функцию, называется элементом электрической цепи. Основные элементы электрической цепи – источники и приемники электрической энергии.

Электрические цепи изображают в виде схем, на которых все элементы изображаются графически и имеют условные изображения. Графическое изображение реальной цепи с помощью идеальных элементов называют схемой замещения.

Конфигурация схемы замещения определяется следующими топологическими понятиями: узел, ветвь, контур. Узел – место соединения трех и более ветвей. Ветвь – это участок цепи от узла до узла с последовательным соединением элементов, через которые протекает один и тот же ток. Сколько ветвей в схеме, столько и  токов. Контур – замкнутый участок цепи.

Электрические цепи бывают линейными и нелинейными, простыми и сложными. В линейных электрических цепях, в отличие от нелинейных, выполняется закон Ома и сопротивление не  зависит от тока и напряжения. В простой цепи все элементы соединяются последовательно. Сложная цепь – это цепь с разветвлениями.

Любая электрическая цепь характеризуется током, электродвижущей силой и напряжением.  Электрическим током называют упорядоченное движение зарядов. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов. Ток может быть постоянным и переменным. Ток, величина и направление которого не изменяется во времени, называют постоянным. Ток  характеризуют силой тока (I) . Это заряд,  протекающий через поперечное сечение проводника за единицу времени:

I=q/t    [1А=1Кл / 1с]

В источниках электрической энергии под действием сторонних сил (сил неэлектрической природы) создается электрическое поле. Под действием сил этого поля положительные и отрицательные заряды разделяются и накапливаются на противоположных полюсах. Работу сторонних сил по перемещению единичного  положительного заряда  внутри источника  называют электродвижущей силой (ЭДС).

Е=А/q[ 1В =1Дж / 1Кл]

Величину, численно равную работе, которую совершает источник, проводя единичный положительный заряд по данному участку цепи, называют напряжением ( U). Так как цепь состоит из внешнего и внутреннего участков, разграничивают понятия напряжений на внешнем  Uвш  и внутреннем  Uвн  участках цепи:

Е= Uвш + Uвн

Эта формула выражает закон сохранения энергии для электрической цепи.

Измерить напряжения на различных участках цепи можно только при замкнутой цепи. ЭДС. измеряют между зажимами источника при разомкнутой цепи.

Работу поля по перемещению  единичного  положительного заряда  из бесконечности в данную точку поля называют потенциалом ( φ):

φ  = А∞ / q

Из определения потенциала следует, что напряжение между данными точками можно представить как разность потенциалов  этих  точек.

U12 = φ1 – φ2

При движении в проводнике заряды сталкиваются  с узлами кристаллической решетки и теряют часть своей энергии, т.е. встречают сопротивление (R):

R = U / I[ 1 Ом =1В / 1А]

Величина, обратная сопротивлению,  называется проводимостью (G):