Основные понятия и элементы линейных пассивных электрических цепей

 

Электрический ток и напряжение - основные величины, характеризующие состояние электрических цепей.

Электрический ток в проводнике есть упорядоченное перемещение электрических зарядов. Ток оценивают интенсивностью или силой тока, измеряемой скоростью изменения заряда во времени:

Задавая ток, необходимо указать закон его изменения во времени и положительное направление. Прохождение электрического тока по цепи связано с потреблением энергии.

Напряжением называют количество энергии, затрачиваемой на перемещение единицы заряда из одной точки в другую:

Перед расчётом необходимо указать положительные направления напряжений на элементах.

Источник ЭДС – элемент с двумя выводами, электродвижущая сила которого, изменяясь заданным образом во времени, не зависит от величины тока отдаваемого во внешнюю электрическую цепь.

 

а) б)

Источник тока – элемент цепи, по выводам которого протекает ток с заданным законом изменения во времени и не зависящим от напряжения между выводами.

 

в) г)

 

 

Рис.1.1. Идеальные источники электрической энергии. а) источник ЭДС; б) ВАХ идеальной ЭДС; в) источник тока; г) ВАХ идеального источника тока.

Активное сопротивление – идеализированный элемент, в котором происходит лишь необратимое преобразование электромагнитной энергии в тепло или другие виды энергии.

 

[B]

 

R[Ом]

 

 

[A]

 

 

Рис.1.2. Активное сопротивление. Основные соотношения.

 

Индуктивный элемент – идеализированный элемент, в котором лишь запасается магнитная энергия за счёт протекающего по элементу тока.

 

[Bб]

 

 

O [A]

 

 

Мера индуктивного элемента – индуктивность , где - потокосцепление [Вб]

 

 

По закону электромагнитной индукции

 

- вебер-амперная характеристика

, где

- вектор магнитной индукции

S – сечение сердечника

 

В однородной среде , где - вектор напряжённости магнитного поля;

- магнитная постоянная

 

По закону полного тока

, где

l – замкнутый путь интегрирования

 

 

Если внутренний и внешний диаметры сердечника превышают размеры поперечного сечения S, то поток Φ можно считать равномерным.

 

 

 

Рис. 1.3. Индуктивный элемент. Основные соотношения.

 

Емкостной элемент – идеализированный элемент, в котором происходит только запасание электрической энергии, зависящей от приложенного напряжения.

 

 

 

i

 

 

 

Рис. 1.4. Ёмкостной элемент. Основные соотношения.

В теории линейных электрических цепей R, L,C принимаются константами, т.е. величинами, не зависящими от тока или напряжения. Это допущение выполняется, очевидно, приближённо.

 

Схема замещения элементов электрической цепи.

Введённые элементы пассивных цепей являются идеализированными элементами или математическими моделями. Комбинируя их, можно составить схему замещения, отражающую поведение любого реального устройства по отношению к его внешним выводам. Составление таких схем, в общем случае, дело трудное, требующее знания физических процессов и режимов работы устройств, учёта целей и точности расчётов. В качестве примера представлены три схемы замещения: