Понятие об источниках э.д.с. и источниках тока

Элементы электрических цепей постоянного тока

1. Совокупность источников электрической энергии, соединительных проводов и приемников (нагрузки), по которым может протекать электрический ток, называется электрической цепью.

В источниках электрической энергии имеет место превращение какого-либо вида энергии (тепловой, механической, химической и др.) в электрическую.

В приемниках электрической энергии (в нагрузках) электрическая энергия превращается в другой вид энергии (механическую, тепловую и т. п.).

Электрические цепи, в которых токи и напряжения не изменяются во времени, называются цепями постоянного тока.

Графическое изображение электрической цепи, показывающее последовательность соединения ее участков и отображающее ее свойства, называется схемой электрической цепи.Участок цепи, содержащий только последовательно соединенные элементы (источники, приемники), называются ветвью.Например, схема рис. 1состоит из шести ветвей (участки ad, ab, ас, bc, bd, cd).

Рис .1

Место соединения трех или более ветвей называется узлом (точка а, b, с, d на. рис. 1).

Замкнутый путь, проходящий по одной или нескольким ветвям, составляет контур электрической цепи.

Электрические цепи, сопротивление которых не зависит от величины и направления тока, называются линейными. В таких цепях напряжения и токи связаны линейными алгебраическими уравнениями .Участки цепи, содержащие источники называют активными (на схеме рис. 1 участок ad), а не содержащие источников — пассивными.

2. Источники энергии в электрических цепях принято рассматривать как источники э.д.с. или как источники тока. К источникам э.д.с. относят источники электрической энергии, у которых напряжение на зажимах не зависит от величины тока, посылаемого источником во внешнюю цепь. График зависимости напряжения от тока для такого источника представляет собой прямую линию, параллельную оси абсцисс (рис. 2).

Рис. 2

Такими свойствами может обладать только источник, внутреннее сопротивление которого равно 0. Практически все реальные источники имеют внутреннее сопротивление. Реальные источники, внутреннее сопротивление которых очень мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, можно отнести к источникам э.д.с. Такие источники имеют внешнюю характеристику близкую к характеристике идеального источника эдс (серебряно-цинковые и кислотные аккумуляторы, генераторы постоянного тока со смешанным возбуждением и др.).

Если внутреннее сопротивление реального источника условно вынести, то получим цепь, содержащую идеальный источник э.д.с.

Направление э.д.с. источника указано стрелкой (рис. 3). Необходимо иметь в виду, что на внешнем участке цепи ток направлен от положительного зажима источника к отрицательному; а внутри источника - от точки низшего потенциала к точке высшего потенциала.

Рис. 3

К источникам тока относят источники электрической энергии, в которых ток не зависит от величины сопротивления нагрузки. В этом случае источник должен иметь внутреннее сопротивление значительно превышающее сопротивление нагрузки (т. е. иметь достаточно малую внутреннюю проводимость ). Действительно, если >>R , то при изменении величины сопротивления нагрузки (R) ток в цепи почти не изменится; так как по закону Ома

Внешняя характеристика идеального и реального источника тока показана на рис. 4.

Рис. 4

Источниками тока можно считать, например, источники электрической энергии, основанные на использовании излучения заряженных частиц, выделяющихся при радиоактивном распаде вещества, генератор постоянного тока с последовательным возбуждением, ламповый генератор и т.п.

На схеме источники тока изображаются либо двойной стрелкой, либо стрелкой с не затушеванным острием. При изображении реального источника тока его внутренняя проводимость условно выносится и подключается параллельно источнику (рис. 5).

Рис. 5

Для удобства расчета электрических цепей иногда производят замену источников э.д.с. источниками тока или наоборот источников тока источниками э.д.с. Источники э.д.с. и источники тока являются эквивалентными, если они обладают одной и той же внешней характеристикой U = f (I). Найдем условие эквивалентности источников э.д.с. и тока. Для источника э.д.с. напряжение на его зажимах определяется выражением