Электрический ток и напряжение

 

К основным величинам электрической цепи относятся:

· электрический ток;

· напряжение на элементах;

· электродвижущая сила.

Электрический ток – направленное движение носителей электрических зарядов.

Принятые обозначения:

I – сила постоянного тока, измеряется в амперах (А);

i – мгновенное значение переменного тока.

Напряжение – это энергия, которую расходует каждый электрический заряд в приёмнике электрической энергии, измеряется в вольтах (В).

Принятые обозначения:

U – постоянное напряжение;

u – мгновенное значение переменного напряжения.

Электродвижущая сила (ЭДС) – это энергия, которую получает каждый электрический заряд в источнике электрической энергии, измеряется также в вольтах (В).

Принятые обозначения:

Е – постоянная ЭДС;

е – мгновенное значение переменной ЭДС.

Условно-положительные направления тока, напряжения и ЭДС определяются так:

· условно-положительное направление тока – это направление движения положительных зарядов (далее – направление тока);

· условно-положительное направление напряжения – это направление уменьшения потенциала (далее – направление напряжения);

· условно-положительное направление ЭДС – это направление действия сторонних сил в источнике питания (далее – направление ЭДС).

Условно-положительные направления тока и ЭДС источника совпадают. Условно-положительные направления тока и напряжения на элементах потребителя совпадают. Условно-положительные направления токов, напряжений и ЭДС на схемах обозначаются стрелками.

 

Параметры приёмников электрической энергии

 

К параметрам приёмников электрической энергии относятся:

· сопротивление R;

· ёмкость C;

· индуктивность L.

Резистор

 

Резистор сопротивлением R – это элемент, в котором электрическая энергия преобразуется в тепловую или световую. Примером резистивного элемента служат нагревательные элементы, лампы накаливания и т.д. Схема замещения резистивного элемента показана на рис. 1.2.

		R

 

Рис. 1.2

Резистор обладает сопротивлением R

       (Ом)                         (1.1)

где  – удельное сопротивление материала, из которого сделан резистор ;

l – длина (м);

S – площадь поперечного сечения (мм²).

Из (1.1) следует, что сопротивление резистора R зависит только от материалов и размеров и не зависит от тока I и приложенного напряжения U.

Также для характеристики резистивного элемента вводится понятие проводимости g – величина, обратная сопротивлению, измеряемая в Сименсах.

  (См)                                   (1.2)

На резисторе выделяется активная мощность Р, равная

(Вт)                                   (1.3)

Индуктивность

 

Индуктивность L – это элемент, в котором электрическая энергия источника преобразуется в энергию магнитного поля, причём индуктивность и источник обмениваются между собой энергией, поэтому она не теряется (в идеальном случае). Схема замещения индуктивного элемента показана на рис.1.3.

 

 

Рис. 1.3

Взаимосвязь между электрическим и магнитным полями в индуктивном элементе задается следующим соотношением:

                                                    (1.4)

где  – потокосцепление (Вб);

 – мгновенное значение тока (А);

L – коэффициент пропорциональности.

L называют индуктивностью, и она измеряется в Генри (Гн), при расчетах используют 1мГн = 10^-3Гн

Знак «минус» в выражении (1.4) говорит о том, что, когда , то ток через индуктивность (катушку) i – минимален и наоборот, то есть потокосцепление  и ток i через катушку колеблются в противофазе.

 

Конденсатор

 

Конденсатор – это элемент, в котором электрическая энергия источника преобразуется в энергию электрического поля, находящегося между обкладками конденсатора, причем конденсатор и источник обмениваются между собой энергией, поэтому она не теряется (в идеальном случае).

Схема замещения конденсатора показана на рис.1.4.

Рис. 1.4

Устройство простейшего конденсатора приведено на рис 1.5, где

1- две металлические обкладки, расстояние между обкладками d (м), площадь обкладок S (м²);

2- диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ε, находящийся между обкладками.

d

Рис. 1.5

 

Конденсатор характеризуется емкостью С:

(Ф)                                     (1.5)

Емкость измеряется в Фарадах (Ф), при расчете используется

1мкФ = 10 ^-6Ф.

В электротехнике для классификации «пассивных» элементов применяется следующая терминология: резистор R – «активный» элемент, индуктивность L и емкость С – «реактивный» элемент.