Электрическая цепь и электрические величины

Электротехника – это отрасль науки и техники, охватывающая вопросы получения, преобразования и использования электрической энергии в практической деятельности человека. Значение электротехники определяется возможностью получения больших количеств электрической энергии, которую достаточно просто передавать на расстояние и легко преобразовывать в другие виды энергии.

Электрическая цепь – это соединенные определенным образом источники электрической энергии, приемники электрической энергии и вспомогательные элементы (проводники, измерительные приборы, коммутационные аппараты и др.), обеспечивающие выполнение определенной функции.

Источники электрической энергии – это устройства, преобразующие какие-либо виды энергии в электрическую энергию. Например, электрический генератор преобразует механическую энергию в электрическую; гальванический элемент преобразует химическую энергию; в солнечной батарее используется энергия солнечного излучения и так далее.

Приемники электрической энергии – это устройства, преобразующие электрическую энергию в другие виды (механическую, тепловую, световую, химическую и др.). Это может быть электрический двигатель, электронагревательный прибор, электрический светильник и др.

Вспомогательные приборы и устройства обеспечивают функции соединения элементов цепи (соединительные провода), переключения (рубильники, переключатели), измерения электрических величин и другие функции.

Электрические величины, действующие в цепи, – это ток, напряжение и электродвижущая сила. В линейных цепях эти величины связаны линейными математическими зависимостями.

Электрический ток – это упорядоченное движение электрических зарядов в проводнике или в проводящей среде под действием электрического поля, существующего в данном проводнике или в проводящей среде. Электрический ток характеризуется направлением и величиной – силой тока.

В общем случае электрические заряды могут быть положительными и отрицательными. Принято считать положительным направлением тока направление движения положительных зарядов. Это направление является обратным направлению движения отрицательно заряженных электронов в проводнике.

Сила тока измеряется в амперах (А). Физически сила тока I определяется величиной электрического заряда Q, проходящего через поперечное сечение проводника за одну секунду

где Q - электрический заряд, кулоны (Кл); t – время, секунды (с).

На схемах электрический ток обозначают стрелкой (см. Рис. 1.1). Направление стрелки указывает положительное направление тока. При этом имеет значение и знак при буквенном обозначении. Если для случая, приведенного на рис. 1.1, будет указано значение тока I₁₂ , значит ток направлен в сторону, противоположную стрелке.

Электрическое напряжение (U) определяют как физическую величину, характеризующую электрическое поле вдоль проводника, численно равную работе, совершаемой этим полем по перемещению единичного заряда в данном проводнике от одной выбранной точки к другой. При этом величина напряжения не зависит от выбора пути между этими точками. Она будет равна разности потенциалов выбранных точек.

Основная единица измерения напряжения - вольт (В). На схемах напряжение обозначают аналогично, как и ток (Рис 1.1).

Электродвижущая сила (ЭДС) – это количественная мера сторонних сил источника, вырабатывающего электрическую энергию. Обозначают ЭДС буквой Е. Единица измерения ЭДС – вольт (В). Численно она равна разности потенциалов на зажимах источника.

Рис. 1.1 – Обозначение тока и напряжения в элементе цепи