Общие положения
Электрические цепи различаются не только по роду тока, способам соединения потребителей и их характеру, но и по числу и способу включения источников энергии. В зависимости от этого, цепи постоянного тока можно разделить на простые и сложные.
Простой называется электрическая цепь с одним источником питания и любым способом соединения потребителей.
Если в электрической цепи сложной конфигурации, работают два и более источника энергии цепь относят в разряду сложных.
Познакомимся с основными терминами, принятыми в электротехнике при анализе и расчете цепей. Пусть задана цепь, изображенная на рисунке 1
Рисунок 1а – Электрическая цепь
Узел электрической цепи – это точка цепи, в которой соединяются более двух проводов. На представленной схеме: А, В, С, К, F, L, – узлы цепи.
Ветвь – участок цепи между двумя узлами, вдоль которого течет один и тот же ток.
Рисунок 1б – Ветви электрической цепи
Контур электрической цепи – это любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям. На рисунке 1в в рассматриваемой цепи указаны два контура АВFL и CDEK.
Рисунок 1в – Контуры электрической цепи
Основная цель расчета электрической цепи заключается в определении токов в её ветвях. Зная ток, нетрудно определить напряжения и мощности ветвей и отдельных элементов в электрической цепи.
Значения токов, напряжений, мощности дают возможность оценить условия и эффективность работы оборудования, приборов и аппаратов на всех участках электрической цепи, выбрать соответствующие току токопроводы, определить потери и потребление электроэнергии на всех участках.
Законы Кирхгофа
Для расчета электрических цепей наряду с законом Ома применяются два закона Кирхгофа, являющиеся следствиями физических законов из группы законов сохранения.
Первый закон Кирхгофа
Первый закон Кирхгофа применяется к узлам электрических цепей и формулируется следующим образом:
Алгебраическая сумма токов любого узла электрической цепи, равна нулю:
(1)
В эту сумму токи входят с разными знаками, в зависимости от направления их по отношению к узлу.
На основании первого закона Кирхгофа для каждого узла можно составить уравнение токов. Например, для точки В схемы рисунке 1а такое уравнение имеет вид:
(2)
В этом уравнении токи, направленные к узлу, условно взяты положительными, а токи, направленные от узла, — отрицательными. Можно записать по другому:
(3)
Уравнение позволяет дать другую формулировку первого закона Кирхгофа:
Сумма токов, втекающих в узел электрической цепи, равна сумме токов, вытекающих из узла.
Второй закон Кирхгофа
Второй закон Кирхгофа применяется к контурам электрических цепей:
В контуре электрической цепи алгебраическая сумма напряжений на его ветвях равна нулю:
(4)
Или по другому: Сумма ЭДС входящих в контур равна сумме падений напряжений на элементах данного контура:
(5)
Другим контурам соответствуют другие уравнения, которые не трудно написать, не прибегая к выражениям потенциалов точек контура. При этом положительными считаются токи и ЭДС, направление которых совпадает с направлением обхода контура.
Контрольные вопросы
1. Чему равно общее сопротивление последовательно соединенных проводников?
2. Чему равно общее сопротивление параллельно соединенных проводников?
3. Как распределяются токи в параллельно соединенных проводниках?
4. Что называют узлом электрической цепи?
5. Что называют ветвью электрической цепи?
6. Что называют контуром электрической цепи?
7. На рисунке 1в в рассматриваемой цепи указаны два контура АВFL и CDEK. Найдите остальные контуры в этой цепи.
8. Сформулируйте первый закон Кирхгофа.
9. Сформулируйте второй закон Кирхгофа.
10. Сформулируйте правило знаков при использовании правил Кирхгофа