Т е м а 1.2. Электрические цепи постоянного тока

5.Общие сведения об электрических цепях. Основные элементы электрических цепей: источники и приемники электрической энергии.

Совокупность устройств,предназначенных для генерирования, передачи, преобразования электрической энергии, контроля и управления, называют электрической цепью.

Отдельные устройства, входящие в электрическую цепь, называются элементами электрической цепи. Те элементы цепи, которые предназначены для генерирования электрической энергии, называют источниками, а для использования электрической энергии – приемниками электрической энергии. Основными элементами электрической цепи являются:

1) источники электрической энергии;

2) потребители (приемники);

3) устройства передачи и коммутации электрической энергии.

В источниках электрической энергии (генераторах, аккумуляторах, солнечных батареях, термоэлементах) происходит преобразование различных видов энергии в электрическую.

В генераторах в электрическую энергию преобразуется тепловая, механическая, энергия воды, атомная и др. виды энергии. В гальванических элементах и аккумуляторах в электрическую энергию преобразуется химическая энергия. Термоэлементы, фотоэлементы, солнечные батареи преобразуют в электрическую тепловую и световую энергию.

В потребителях (приемниках) происходит обратный процесс, т.е. электрическая энергия преобразуется в механическую, тепловую, световую и др. виды энергии.

Устройствами для передачи электрической энергии от источников к потребителям являются линии электропередачи, провода, кабели и другие проводники. Провод представляет собой металлическую проволоку из меди, алюминия, стали, покрытую изолирующим слоем. Изоляция препятствует контакту с другими частями электрических цепей.

Все основные элементы электрической цепи обладают электрическим сопротивлением.

Электрические цепи содержат также вспомогательные элементы: предохранители, рубильники, выключатели, переключатели, измерительные приборы (амперметры, вольтметры, счетчики) и др.

6.Электродвижущая сила (ЭДС) источника и напряжение на его

зажимах.

Источник электрической энергии выполняет направленное перемещение электрических зарядов по всей замкнутой цепи. Но в замкнутой электрической цепи работа сил электрического поля по перемещению зарядов равна нулю. Поэтому можно сделать вывод, что работа электрического тока в замкнутой электрической цепи выполняется за счет сторонних сил. Эти силы источника тока переносят положительные электрические заряды от точки с меньшим электрическим потенциалом к точке с большим потенциалом против сил электрического поля.

Отношение работы Аст, которую совершают сторонние силы по перемещению заряда q вдоль цепи, к величине заряда q называется электродвижущей силой источника (ЭДС) Е:

E=Acт/q.

ЭДС измеряется в тех же единицах, что и напряжение и разность потенциалов, т.е. в вольтах: [E]=[Acт/q]=Дж/Кл= В (вольт).

В электрической цепи, состоящей из источника и проводников и приемников с сопротивлением R, электрический ток I совершает работу не только во внешней цепи, но и на внутреннем участке цепи с сопротивлением r. Доказательством этого является выделение количества теплоты не только во внешней цепи, но и на внутреннем участке электрической цепи.

Напряжение Uна зажимах источника ЭДС измеряется работой электрического тока по перемещению единичного положительного заряда на внешнем участке цепи. Отсюда

U=E–I*r =E-Uo,

здесьI-сила тока, Uo-падение напряжения на внутреннем сопротивлении r источника.

Напряжение на зажимах источника меньше ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника. Если же цепь разомкнута, то ток равен нулю и тогда E=U. Поэтому часто ЭДС источника определяют как напряжение на зажимах источника при разомкнутой электрической цепи.

7.Электрический ток, его величина, направление, плотность.

Под электрическим током понимают упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц в проводнике под действием электрического поля.

Электрический ток может существовать только в замкнутой цепи. Интенсивность направленного перемещения (движения) в замкнутой электрической цепи характеризует величину тока. Обозначается величина постоянного тока буквой I. Величина тока I определяется количеством электрических зарядов Q, которое проходит через поперечное сечение проводника в единицу времени t:

I = Q/t.

Электрический ток измеряется в амперах, т.е. [I]= [Q/t]=Кл/с= А (ампер)- единица измерения тока.

Постоянным называется ток, величина и направление которого не изменяется во времени. За направление тока в электрической цепи принимают направление от положительной клеммы источника к его отрицательной клемме по внешнему участку цепи. Т.о., направление тока противоположно направлению перемещения электронов в замкнутой цепи, т.е. ток в цепи показывают так, как перемещались бы положительные заряды.

В неразветвленной электрической цепи ток на всех участках (во всех сечениях) цепи имеет одинаковое значение. Отношение величины тока Iв проводнике к площади S его поперечного сечения определяет плотность тока в этом проводнике. Обозначается плотность тока буквой

J:

J = I /S.

Единицей измерения плотности J тока является ампер на квадратный метр:

[J]=[I/S]=А/м².

На практике площадь сечения проводов обычно выражают в мм², поэтому и плотность тока J выражают в А/мм².

Плотность тока – величина векторная. Вектор плотности тока направлен перпендикулярно площади сечения проводника. Допустимая плотность тока определяет способность проводника определенного сечения выдерживать ту или иную токовую нагрузку.