Электрическая цепь и ее элементы. Электродвижущая сила и напряжение

       Электрическая цепь – это совокупность устройств, предназначенных для получения, передачи и использования электрической энергии.

Элементами электрической цепи являются источники электрической энергии, потребители (приемники) электрической энергии, а также вспомогательные элементы (электрические провода, выключатели, измерительные приборы, предохранители и др.).

Источник электрической энергии – это устройство, в котором происходит преобразование других видов энергии (механической, тепловой, световой и др.) в электрическую. К источникам относятся генераторы, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую, а также первичные элементы и аккумуляторы, в которых в электрическую энергию преобразуется тепловая, световая, химическая и другие виды энергии.

В источнике энергии под действием сторонних сил (сил неэлектрического происхождения) происходит разделение зарядов. Под действием возникшего электрического поля заряды начинают двигаться, и в цепи возникает электрический ток. Для количественной оценки энергетических преобразований в источнике вводится понятие электродвижущей силы (ЭДС). ЭДС численно равна работе, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного электрического заряда внутри источника.

где E – ЭДС источника, A_И – работа сторонних сил, Q – величина заряда.

Единицей измерения ЭДС является Вольт (1В=1Дж/1Кл).

       Потребителем (приемником) энергии называется устройство, в котором электрическая энергия преобразуется в энергию других видов (механическую, тепловую и др.) К потребителям относятся электродвигатели, нагревательные приборы и т.д. Свойство элемента поглощать энергию из электрической цепи и преобразовывать ее в другие виды энергии определяется сопротивлением.

       Перемещение заряда по участку цепи сопровождается затратой энергии. Величину, численно равную работе, совершаемой источником при проведении единичного положительного заряда по участку цепи, называют напряжением (U). Поскольку электрическая цепь состоит из внешнего участка (потребителя) и внутреннего участка (включающего внутреннее сопротивление источника), то различают напряжение на внешнем (U) и внутреннем (U_о) участках. Единицей измерения напряжения является Вольт (В).

1.2.4. Закон Ома

       На рис. 1.2.2. изображена неразветвленная электрическая цепь. Здесь: Е – электродвижущая сила источника питания; r₀ – внутреннее сопротивление источника; R – внешнее сопротивление, т.е. сопротивление потребителя энергии; I – сила тока в цепи. Все перечисленные величины связаны друг с другом. Эта связь была сформулирована в 1826 году немецким физиком Г.С. Омом и называется законом Ома.

Закон Ома для замкнутой (полной) цепи:

       сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника питания и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

где I - сила тока, Е – электродвижущая сила, R – внешнее сопротивление (сопротивление потребителя), r₀ – внутреннее сопротивление источника питания.

Закон Ома для участка цепи:

       Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на данном участке и обратно пропорциональна сопротивлению.

Где I – сила тока, U – напряжение на участке цепи; R – сопротивление участка цепи.