Пассивные элементы схем замещения
Основные понятия, определения и законы электротехники
Электротехника - это область науки и техники, изучающая теорию и практическое применение электричества. Электроника – это наука, в которой изучаются процессы, происходящие с заряженными частицами.
Электрическая цепь - это совокупность элементов, через которые замыкается электрический ток.
Простейшую электрическую цепь можно представить в виде источника, потребителя и линии, соединяющей источник и потребитель электрического тока.
Рис.1. Простейшая цепь электрического тока
Все сложные электротехнические устройства по назначению, принципу действия и конструктивному оформлению можно разделить на три большие группы:
- источники энергии, т.е. устройства, вырабатывающие электрический ток (генераторы, термоэлементы, фотоэлементы, химические элементы);
- приемники, или нагрузка, т.е. устройства, потребляющие электрический ток (электродвигатели, электролампы, электронагреватели и т.д.);
- проводники, а также различная коммутационная аппаратура (выключатели, реле, контакторы и др.)
Электрическим током I называют направленное движение зарядов, возникающее в замкнутой цепи под действием электродвижущей силы э.д.с. Е источника (генератора).
Электрические заряды создаются смещением электронов. Когда имеет место избыток электронов в одной точке и дефицит электронов в другой, между этими точками существует разность потенциалов. При наличии проводника между точками возникает поток электронов, называемый током. За положительное направление тока принято считать направление противоположное направлению потока (дрейфа) электронов и совпадающее с направлением положительных зарядов – дырок (см. раздел Основы электроники).
Если величина электрического тока во времени не меняется, то ее можно определить как количество электрических зарядов q, проходящих через проводник в единицу времени t , т. е.:
I =q/t ,
(1 ампер = 1 кулон/сек; кулон ≈6,28 ∙1018 электронов),если величина тока не постоянна во времени, то мгновенное значение тока i=dq/ dt.
При перемещении положительного заряда из одной точки поля в другую, электрическое поле совершает работу. Отношение этой работы А к значению заряда q называется напряжением межу этими точками:
U=A/q .
Единица измерения напряжения - Вольт [В]. Можно вывести понятие напряжения и из количественной характеристики электрического поля - потенциала j. Напряжением между двумя точками электрического поля называется разность потенциалов в этих точках (j1 и j2): 
.
Электрический ток, направление и величина которого неизменны, называют постоянным током и он может быть обозначен прописной буквой I. Электрический ток, величина и направление которого не остаются постоянными, называется переменным током. Значение переменного тока в рассматриваемый момент времени называют мгновенным и обозначают строчной буквой i.
Электрическая схема - это графическое изображение электрической цепи, включающее в себя условные обозначения устройств и показывающее соединение этих устройств. На рис. 2 изображена электрическая схема цепи, состоящей из источника энергии – активного элемента и пассивных элементов: электроламп 1 и 2, электродвигателя 3.
Рис. 2
Для облегчения анализа электрическую цепь заменяют схемой замещения.
Схема замещения - это графическое изображение электрической цепи с помощью идеальных элементов, параметрами которых являются параметры замещаемых элементов.
На рисунке 3 показана схема замещения рис. 2.
Рис. 3
Пассивные элементы схем замещения
Простейшими пассивными элементами схемы замещения являются сопротивление, индуктивность и емкость. В реальной цепи электрическим сопротивлением обладают не только реостат или резистор, но и проводники, катушки, конденсаторы и т.д. Общим свойством всех устройств, обладающих сопротивлением, является необратимое преобразование электрической энергии в тепловую. Тепловая энергия, выделяемая в сопротивлении, полезно используется или рассеивается в пространстве. В схеме замещения во всех случаях, когда надо учесть необратимое преобразование энергии, включается сопротивление.
Сопротивление проводника определяется по формуле
где l - длина проводника; S - сечение; ρ - удельное сопротивление материала проводника.
Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью.
Сопротивление измеряется в омах (Ом), а проводимость - в сименсах (См).
Сопротивление пассивного участка цепи в общем случае определяется по формуле
где P - потребляемая мощность; I - ток.
Сопротивление в схеме замещения изображается следующим образом:
Индуктивностью называется идеальный элемент схемы замещения, характеризующий способность цепи накапливать магнитное поле. Полагают, что индуктивностью обладают только индуктивные катушки. Индуктивностью других элементов электрической цепи пренебрегают.
Индуктивность катушки, измеряемая в генри [Гн], определяется по формуле
где W - число витков катушки; Ф - магнитный поток катушки, возбуждаемый током i.
На рисунке показано изображение индуктивности в схеме замещения.
Емкостью называется идеальный элемент схемы замещения, характеризующий способность участка электрической цепи накапливать электрическое поле. Полагают, что емкостью обладают только конденсаторы. Емкостью остальных элементов цепи пренебрегают.
Емкость конденсатора, измеряемая в фарадах (Ф), определяется по формуле:
где q - заряд на обкладках конденсатора; Uс - напряжение на конденсаторе.
На рисунке показано изображение емкости в схеме замещения
Дата добавления: 2015-06-17; просмотров: 1715;