Электрическая цепь, основные величины и понятия. Мгновенная мощность и энергия.
Электри́ческая цепь – совокупность устройств, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий ток и напряжение.
Элемент электроцепи - отдельное устройство, входящее в состав электрической цепи и выполняющее в ней определённую функцию.
Источники электрической энергии – гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы, генераторы и другие устройства, в которых происходит процесс преобразования химической, тепловой, механической или другого вида энергии в электрическую.
Активные элементы – это источники электрической энергии. Различают источники напряжения и источники тока.
Пассивные элементы – это сопротивления, индуктивности, емкости.
По наличию данных элементов различают соответственно активные и пассивные цепи.
Резистивное сопротивление – элемент, рассеивающий энергию в виде тепла. Ом
Индуктивность – идеализированный элемент, накапливающий энергию магнитного поля. Гн
Емкость – идеализированный элемент цепи, накапливающий энергию электрического поля. Ф
P=UI мощность (P=EI для источника P=rI2 для акт)
E=QU энергия
Ветвь – участок цепи, соединенный 2 узлами, по ко-му течет один и тот же ток.
Узел – точка в схеме, в кот-й сходится не менее 3 ветвей.
Контур – замкнутый путь, проход-й по нескольким ветвям, при чем по каждой из ветвей только 1 раз и через узлы, по которым проходит путь тоже 1 раз.
Законы Кирхгофа. Расчет ЭЦ по закона Кирхгофа.
Первый закон Кирхгофа: Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю:
Где i - число ветвей, сходящихся в данном узле.
Число уравнений, составляемых по первому закону Кирхгофа, определяется формулой:
Nуp = Nу – 1, где Nу – число узлов в рассматриваемой цепи.
Знаки токов в уравнении берутся с учетом выбранного положительного направления. Знаки у токов одинаковы, если токи одинаково ориентированы относительно данного узла.
Этот закон выражает, что в узле электрический заряд не накапливается и не расходуется.
Второй закон Кирхгофа: Алгебраическая сумма Э.Д.С. в любом замкнутом контуре цепи равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах этого контура:
, где i – номер элемента(сопротивления или источника напряжения) в рассматриваемом контуре.
Число уравнений, составляемых по второму закону Кирхгофа, определяется формулой:
Nуp = Nb – Nу + 1 – Nэ.д.с., где Nb – число ветвей электрической цепи, Nу - число узлов, Nэ.д.с. - число идеальных источников э.д.с.
Для того, чтобы правильно записать второй закон Кирхгофа для заданного контура, следует выполнять следующие правила:
-произвольно выбрать направление обхода контура, например, по часовой стрелке (рис.18).
э.д.с. и падения напряжения, которые совпадают по направлению с выбранным направлением обхода, записываются в выражении со знаком «+»; если э.д.с. и падения напряжения не совпадают с направлением обхода контура, то перед ними ставится знак «-».
Вопрос №4
Метод эквивалентного преобразования пассивного соединения «треугольник» в соединение «звезда».
Суть метода заключается в том, что методом преобразования уменьшают число ветвей и узлов в электрической цепи, а, значит, количество уравнений описывающих данную цепь.
Преобразования должны быть эквивалентными – это означает, что токи и их направления в частях схемы, не затронутых преобразованиями, остаются неизменными.
Для “звезды”: U12 = I1R1 - I2R2
Для “треугольника”: U12 = I12R12 U23 = I23R23 U31 = I31R31
Анализируя последнее и предпоследнее выражения, легко заметить, что R1 и R2 соответственно равны:
R1=R31R12/(R12+R23+R31)
R2=R23R12/(R12+R23+R31)
Аналогично находится и R3:
R3=R31R23/(R12+R23+R31)