Элементы электрической цепи схемы: Электрическая цепь и ее составные части – примеры по физике

Содержание

Идеальные и реальные элементы электрической цепи

Энергетика Идеальные и реальные элементы электрической цепи

просмотров – 977

В качестве элементов в электрическую цепь постоянного тока могут входить только такие устройства, в которых ток существует в виде тока проводимости, к примеру, соединительные провода (провода линии передачи), обмотки электрических машин, гальванические элементы, аккумуляторные батареи и т.д. или такие, в которых ток существует в виде тока переноса, к примеру электронные лампы. Конденсаторы с идеальным диэлектриком, удельная проводимость которого предполагается равной нулю, не проводят постоянный ток, в связи с этим не бывают включены в качестве элементов в цепь постоянного тока. Катушки индуктивности с удельным сопротивлением провода, стремящимся к нулю, также не используются в качестве элементов цепей постоянного тока, так как в этом случае они не потребляют энергию источника ни в каком виде.

Для ограничения тока на отдельных участках электрической цепи (в ветвях) используют элементы, обладающие повышенным электрическим сопротивлением.

Элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрического сопротивления, называют резистором.

Для участка цепи, содержащего резистор с сопротивлением R, ток и напряжение связаны соотношением, называемым закон Ома

,

то есть обеспечивается пропорциональная связь тока с напряжением между выводами резистора.

Идеализированные модели резисторов и других электротехнических устройств, оказывающих сопротивление электрическому току, называются резистивными элементами. Резистивные элементы используют при составлении схем замещения электрических цепей и их расчетах. УГО резистивного элемента совпадает с УГО резистора, используемым на схемах электрических принципиальных (рисунок 2,

д). Свойства резистивных элементов удобно описывать с помощью вольт-амперной характеристики (ВАХ).

Вольт-амперной характеристикой принято называть зависимость напряжения на зажимах элемента электрической цепи от тока в нем (или тока в элементе от напряжения на его зажимах).

В случае если сопротивление R элемента электрической цепи не зависит от тока в нем (напряжения на его зажимах), то такой элемент принято называть

линœейным. Вольт-амперная характеристика линœейного элемента представляет собой прямую линию и является графической интерпретацией закона Ома. Резистивный элемент обладает линœейной ВАХ, примерный вид которой показан на рисунке 5, а.

а б в

Рисунок 5

Параметры реальных элементов электрической цепи почти всœегда в какой-то мере зависят от тока и напряжения. Так, к примеру, при наличии тока в проводнике его температура повышается, что, в свою очередь, вызывает повышение сопротивления. Следовательно, при разных токах в одном и том же проводнике сопротивление проводника будет изменяться.

А это значит, что одинаковые приращения напряжения будут вызывать разное приращение тока. В этом случае элемент следует считать нелинœейным и его ВАХ будет носить нелинœейный характер. Примеры ВАХ нелинœейных элементов представлены на рисунках 5, б и 5, в.

Для количественного описания нелинœейного резистивного элемента вводят дифференциальное сопротивление (Rдиф). Его вычисляют при фиксированном токе или напряжении как производную Rдиф = du/di, то есть как отношение приращения напряжения к приращению тока.

Сопротивление элемента электрической цепи может зависеть не только от приложенного к нему напряжения или протекающего через него тока, но и от частоты напряжения (тока). В случае если речь идет о цепях постоянного тока, то в большинстве случаев реальные резисторы бывают интерпретированы как резистивные элементы (как линœейные элементы, обладающие только сопротивлением).

Резисторы, применяемые в электрических цепях, бывают разной конструкции: проволочные, объемные, пленочные и др. На рисунке 6 показан внешний вид нескольких типов резисторов. Резистор сохраняет подобие резистивному элементу вплоть до весьма высоких частот. При этом по мере увеличения частоты приходится учитывать магнитное поле, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ создает протекающий по резистору ток. Оно небольшое, но его изменение вызывает появление ЭДС самоиндукции. Когда она становится заметной, в схему замещения резистора вводят последовательную индуктивность (

L0 на рисунке 7, а). По мере дальнейшего увеличения частоты приходится дополнительно учитывать переменное электрическое поле, возникающее между выводами резистора. И тогда в схему замещения добавляют параллельную емкость (С0 на рисунке 7, б).

Рисунок 6 – Внешний вид резисторов

Рисунок 7 – Схемы замещения резистора на разных частотах

а б

Параметры L,0, C0 эквивалентной схемы называют паразитными. О них не следует забывать – может оказаться, что на рабочей частоте, если она очень велика, ток через емкость С0 и напряжение на индуктивности L0 станут сравнимыми с полным током через резистор и напряжением между его полюсами. Такой резистор уже нельзя рассматривать только как резистивный элемент. На частотах, близких к нулевым (в том числе на постоянном токе), эквивалентная схема резистора сводится к единственному элементу – резистивному (

R).

В теории цепей для представления источников электрической энергии используют две модели: идеальные источники напряжения и идеальные источники тока. С их помощью посредством схем замещения описывают реальные источники элек­трической энергии.

Идеальный источник напряжения (синонимы – источник ЭДС, генератор ЭДС) представляет собой активный двухполюсник, вырабатывающий напряжение, ко­торое не зависит от тока, протекающего через данный двухполюсник. ЭДС – аббре­виатура термина электродвижущая сила. В теории цепей рассматривают источ­ники постоянной ЭДС и источники переменной ЭДС, изменяющейся во времени по определœенному закону. Источник ЭДС и его вольтамперная характеристика (ВАХ) показаны на рисунке 8,

а, б. На электрических схемах цепей с гальваниче­скими элементами (батарейками, аккумуляторами) обычно используют особые обозначения для источников постоянной ЭДС (рисунок 8, в). В случае если знаки «плюс» и «минус» около полюсов такого элемента не расставлены, следует считать, что электрод, обозначенный длинной полосой, имеет более высокий («плюсовой») потенциал.

Рисунок 8 – Источник ЭДС с подключенной нагрузкой

и ВАХ источника ЭДС

Напряжение между полюсами идеального источника напряжения появляется вследствие действия сторонней силы, которая переносит заряды внутри источни­ка. Причем положительные заряды движутся от полюса с меньшим потенциалом к полюсу с большим потенциалом – от «минуса» к «плюсу». Отрицательные заряды движутся в обратном направлении. В условном обозначении источника ЭДС присутствует стрелка. Она играет роль опорного (условного положительно­го) направления для источника ЭДС. Условились считать, что электродвижущая сила направлена туда, куда движутся внутри источника положительные заря­ды, – от «минуса» к «плюсу». Во внешней цепи ток положительных зарядов на­правлен от вывода «плюс» источника ЭДС к выводу «минус». Перемещение еди­ничного положительного заряда по цепи между этими полюсами сопровождается выполнением работы, численно равной напряжению, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ отсчитывается от «плюса» к «минусу». Такую же работу совершает внутри источника электродви­жущая сила. В случае если направления отсчета напряжения и ЭДС выбраны так, как по­казано на рисунке 8,

а (стрелки направлены противоположно), то

u(t) = e(t).

В случае если стрелки для ЭДС и напряжения на источнике направлены в одну сторону, следует пользоваться равенством

u(t) = – e(t).

При любом выборе опорных направлений ЭДС и напряжения расчет мгновен­ной мощности показывает, что для источника ЭДС она отрицательна (энергия отдается), а для подключенной к нему внешней цепи (к примеру, для сопротив­ления Riна рисунке 8, а) – положительна. Действительно, при выбранных на ри­сунке направлениях тока и напряжения для мгновенной мощности рRна сопро­тивлении Ri получается:

рR = ui = i2Ri>0.

А для мгновенной мощности реисточника ЭДС имеем:

pe=-ui = -i2Ri

<0.

Так и должно быть – энергия, полученная за определœенный интервал времени цепью, подключенной к источнику, должна равняться энергии, отданной в эту цепь сторонними силами.

Напряжение на выводах реального источника электрической энергии умень­шается с увеличением тока. Вольтамперная характеристика такого источника (рисунок 9, а) идет с наклоном. Данное обстоятельство можно учесть, включив по­следовательно с источником ЭДС сопротивление Rg(рисунок 9, б). Его называют внутренним сопротивлением источника (генератора). При таком представлении напряжение на полюсах реального источника напряжения равно:

и = е – iRg.

Рисунок 9 – ВАХ реального источника напряжения (а)

и схема замещения для него (б)

Оно, как видно, зависит от протекающего через источник ЭДС тока – при постоянном сопротивлении Rgнапряжение и линœейно падает с ростом тока. (Предположение о неизменности Rgхотя и весьма условно, однако может быть принято для мно­гих реальных источников.) Стоит отметить, что такой источник напряжения будет отдавать во внешнюю цепь мощность конечного значения при любой на­грузке, то есть при любом значении сопротивления Ri. Его даже можно замкнуть накоротко.

Чтобы активные двухполюсники играли в устройствах роль источников ЭДС, их вольтамперные характеристики должны спадать слабо. То есть падение напряже­ния на внутреннем сопротивлении источника (iRg) для любых протекающих в цепи токов должно быть существенно меньше его ЭДС. Это достигается при ма­лости сопротивления Rgпо сравнению с теми сопротивлениями, которые под­ключаются к полюсам источника. Хорошим считается источник ЭДС, у которого Rg ® 0.

Идеальный источник (генератор) тока – активный двухполюсник, ток через который не зависит от напряжения на его зажимах. Обозначение источника тока на схеме с подключенной к нему нагрузкой (сопротивлением), а также вольтамперная характеристика для него представлены на рисунке 10. Несложно показать, что мгновенная мощность, отдаваемая источником тока во внешнюю цепь, будет отрицательной – свойство, присущее активному элементу.

Рисунок 10 – Идеальный источник тока с подключенной нагрузкой (а)

и его вольтамперная характеристика (б)

Положение о неизменности тока идеального источника при изменении напряже­ния на его полюсах справедливо, естественно, и для нулевого напряжения и. Это случается при нулевом сопротивлении нагрузки или бесконечной проводимости, то есть когда реализован режим короткого замыкания. (Сокращенное обозначе­ние для режима короткого замыкания – кз.) Размыкание источника тока недо­пустимо, поскольку противоречит положениям теории цепей. Действительно, ток источника обязан течь по ветви, но ветвь разорвана. Отметим, что данный запрет аналогичен недопустимости короткого замыкания выводов источника ЭДС.

Ток, вырабатываемый реальным источником электрической энергии, уменьшает­ся с ростом напряжения (рисунок 11). Данное обстоятельство можно учесть, под­ключив параллельно идеальному источнику тока ig проводимость Gg, которую называют внутренней проводимостью источника тока. Получаем представление источника электрической энергии в виде реального источника тока. Уравнение ВАХ реального источника тока имеет вид:

i = ig – uGg.

Напряжение на полюсах такого источника и мощность, отдаваемая во внешнюю цепь, всœегда конечны. Для реального источника тока допустим режим холостого хода (сокращенно далее – хх), поскольку ток генератора при этом режиме замы­кается через внутреннюю проводимость.

Рисунок 9 – ВАХ реального источника тока (а), и схема замещения для него (б)


Читайте также


  • – Идеальные и реальные элементы электрической цепи

    В качестве элементов в электрическую цепь постоянного тока могут входить только такие устройства, в которых ток существует в виде тока проводимости, например, соединительные провода (провода линии передачи), обмотки электрических машин, гальванические элементы,… [читать подробенее]


  • 1.

    1. Электрическая цепь и ее элементы

    1.1. Электрическая цепь и ее элементы

    Электрической цепью называется  совокупность  источников  электрической энергии и приемников, соединенных токопроводящими телами или средами.

    Источник – это устройство, преобразующее неэлектрическую энергию в электрическую.

    Электрическими параметрами источника являются ЭДС Е, В и внутреннее сопротивление Ri, Ом.

    Эквивалентная схема источника напряжения – это схема, заменяющая реальный источник электрической энергии при анализе электрической цепи (рис. 1.1).

    Используя закон Ома, имеем

    ; ; ; ,

    где – падение напряжения на .

    Пусть , тогда величиной IRi пренебрегаем и (условие идеального источника напряжения).

    Приемник электрической энергии преобразует электрическую энергию в неэлектрическую. Электрическим параметром приемника является его сопротивление R.

    Способы соединения приемников:

    1. Последовательное соединение (рис. 1.2) – соединение, при котором по элементам протекает один и тот же ток.

    Рис. 1.2. Пример схемы электрической цепи с последовательным соединением элементов (а) и эквивалентная схема (б)

    2. Параллельное соединение (рис. 1.3) – соединение, при котором все элементы находятся под одним и тем же напряжением.

    Рис. 1.3. Пример схемы электрической цепи с параллельным соединением элементов (а) и эквивалентная схема (б)

    3. Смешанное соединение (рис. 1.4) – соединение, содержащее участки с последовательным и параллельным соединениями.

    Рис. 1.4. Пример схемы со смешанным соединением элементов (а) и схемы, получающиеся при упрощении (б – г)

    Последовательно упрощая схему, сводим её к одному Rэкв:

    Электрическая цепь и ее элементы.

    Принципиальная схема электрической цепи. Схема замещения электрической цепи

    1)Электрическая цепь:

    Совокупность устройств для получения в них эл. тока наз. электрической цепью. В основном цепь состоит из источников питания, приёмников энергии, или потребителей, и проводов для передачи эл. энергии.

    2) Элемент  электричес- кой цепи:

    Элементы электрической цепи – устройство или прибор, выполняющий определенные функции. Все элементы электрической цепи принципиально делятся  на источники и потребители:     

    3) монтажная схема   электрической цепи.

    Монтажная  схема -изображает элементы цепи и соединительные провода.

    4) принципиальная схема электрической цепи. 

    Принципиальная  схема – на ней показываются условные графические изображения элементов и их соединений.

    5) схема замещения электрической цепи.

    Схема замещения – расчетная модель электрической цепи, на которой элементы замещаются идеализи -рованными элементами без вспомогательных элементов, не влияющих на результаты расчетов.

    6)Иисточники эц:

    В качестве источников питания применяются эл. генераторы, аккумуляторы и первичные элементы.

    7) Приемники эц:

    К приёмникам эл. энергии относятся электродвигате ли, лампы накаливания, нагревательные устройст ва и тд.

    8)Классификация эц по роду тока:

    . ПО РОДУ ТОКА: – 1. цепи постоянного тока (ток, не меняющ. во времени), 2. цепи переменного тока  (синусоидально-измененяющийся ток

    I(t)

    t

    9) Линейные эц:

    Линейные – ЭЦ сопротивление каждого эл-та кот. не зависит ни от тока, ни от напряжения. Зависимость напряж.  от тока показывается  на вольт-амперных хар-ках. 

    I(t)

    t

    10)Нелинейные эц:

    Нелинейные – если хотя бы один  эл-т в цепи имеет сопрот-е,  зависящее  или от тока  или от напряж-я.

    I(t)

    t

    11) Простые эц:

    Все элементы соединены последовательно

    12)Сложные эц:

    Сложнее электрические цепи содержат азветвления

    13) Идеальный источник ЭДС:

    Ид ист ЭДС – источник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока

    14) Идеальный источник тока:

    Источник энергии, ток через который не зависит от напряжения на его зажимах

    15) Схемы замещения реальных источников энергии:

    Графическое изображение Эл. цепи, составленное из условных обозначений электротехнич. устройств, наз. принципиальной схемой. Схема замещения эл. цепи является её количественной моделью. Она состоит из совокупности различных идеализированных элементов, выбранных так, чтобы можно было с хорошим приближением описать процессы эл. цепи.

    Рассмотрим один из распространённых источников энергии постоянного тока – гальванический элемент. Между разноимённо заряженными пластинами возникает однородное Эл. поле с напряженностью Е [В/м], которое препятствует направленному движению ионов в растворе. Напряжение, при котором накопление зарядов прекращается, служит количественной мерой сторонней силы. Её называют электродвижущей силой (ЭДС, ξ). Если к выводам гальванического элемента подключить приёмник,. То в замкнутой эл. цепи возникнет ток. Заряд каждой из пластин уменьшится и появится направленное движение ионов в растворе кислоты. Направленное движение ионов сопровождается их взаимными столкновениями, что создает внутреннее сопротивление гальванического элемента постоянному току. Т.о., эскизное изображение которого дано на рис.1, а изображение на принципиальных схемах – на рис.2, можно представить в виде схемы замещения (рис.3), состоящей из последовательно включенных источника ЭДС ξ и  резистивного элемента с сопротивлением . Равным внутреннему сопротивлению гальванического элемента. Стрелка ЭДС указывает направление движения положительных зарядов внутри источника под действием сторонних сил. Схема замещения рис.3 применяется и для любых других источников эл. энергии постоянного тока.

    16) Закон Ома для участ-ка цепи:

    Uab = IR => I = Uab/R

    17) закон Ома для участка цепи, содержа -щего источник ЭДС:

    Uab

    a       I    R    c    E     b

    Uab = Uac + Ucb

    Uac = IR

    Ucb = φc  – φb = – E

    φb  – φc = E

    Uab = IR – E

    I = (Uab + E)/R

     

    18) Режимы работы источников энергии:

    Ист. тока и ЭДС м. раб-ть как в режиме ист. тока так и  в режиме потребителей (приемников) эл-ой эн-ии. Источник ЭДС работает в режиме потреб-ля , если напряжения тока ч/з него и ЭДС не совпадают. (рис-1 – потребитель, 2-источник):

    Ист. тока раб. в режиме потребителя, если напряж. на зажиме,  из кот вытекает ток, выше чем,  на зажиме, в котором ток втекает.

    19,26) Баланс мощностей в цепи постоянного тока:

    Сумме мощностей энергии равна сумме мощностей приёмников энергии

    Pист = ∑Pпр

    Pпр = I2 R

    Pист = EI

    Если направление тока и ЭДС через источник тока не совпадает, то исто -чник потребляет энергию

    20) первый закон  Кирхгофа

     закон Кирхгофа: сумма токов, направленных к узлу, равна сумме токов, направленных от него.

    Для узла А можно написать:, I1 + I2 – I3 – I4 – I5 = 0 а в общем виде ,т. е.алгебраичеc-кая сумма токов в узле равна нулю. При этом токи, направленные от узла, считаются отрицательными.

    21) второй закон Кирхгофа

    Рассмотрим источники, работающие в режиме генератора, т.е. аправления токов совпадают с направ -лениями ЭДС. Одинаковое для них напряжение между точками ВА или, что то же, между точками ЖЗ определяется по формуле:

     Тогда для замкнутого контура АБВГДА спра -ведливо уравнение

    откуда

    или в обшей форме

    .

    22) расчёт цепей посто- янного тока путём непосредственного применения законов Кирхгофа.

    По первому зак. Кирхгофа составляется Y – 1 урав- нений. Направления токов выбираются произвольно

    По II-му составляется

    B – (Y – 1) – T уравнений, где В – кол. ветвей в цепи

    Y – кол. узлов в цепи

    T – кол. ветвей содерж. источник тока.

    23) расчёт цепей постоян -ного тока методом контурных токов

    Он снован на предположении, что в каждом независимом контуре, в каждой

    Электричество и магнетизм.

    Усовершенствованные элементы схемы

    Усовершенствованные элементы схемы

    В реальных схемах для управления зарядом используются не только резисторы. Инженеры-электрики имеют в своем распоряжении целый арсенал схемных элементов, и, подобно Q, информирующему Джеймса Бонда, мы собираемся передать вам три наиболее полезных из них. На этот раз никаких лазерных часов, но ждите продолжения.

    Настоящие батареи

    Сначала настоящие батареи. В то время как идеализированная батарея, производящая напряжение В , в теории хороша, все реальные батареи имеют некоторое внутреннее сопротивление, r , которое влияет на цепь, в которой они размещены.Напряжение В , создаваемое реальной батареей, равно:

    Здесь – ЭДС, создаваемая батареей, если бы она не имела внутреннего сопротивления, а I – ток, отдаваемый батареей в цепь. По сути, наша реальная батарея представляет собой последовательную комбинацию идеальной батареи и небольшого резистора:

    АА в вашем фонарике или Gameboy или, да, даже в кролике Energizer в конце концов умирают, потому что r растет по мере старения батареи, пока наконец, напряжения, обеспечиваемого батареей, недостаточно для питания чего-либо.

    Емкость

    Итак, настоящие батарейки — это своего рода разочарование — как Q дает вам ручку, которая на самом деле просто ручка. И чернила закончились. Но есть некоторые элементы схемы, соответствующие стандартам Бонда.

    Возьмите конденсатор . Конденсатор — это объект, который быстро накапливает заряд, когда на него подается напряжение, и может быстро разряжаться, когда это напряжение снимается. Вспышки камер, электрошокеры, сенсорные экраны — все это гаджеты, работа которых зависит от емкости .

    Емкость ( C ) является мерой того, сколько заряда может храниться между частями конденсатора, когда к нему приложено напряжение. Простейшим конденсатором является конденсатор с параллельными пластинами , который состоит из двух квадратных металлических пластин площадью А , разделенных расстоянием d . Материал, называемый диэлектриком , можно вставить между пластинами, чтобы при желании изменить емкость конфигурации.


    Нам кажется, что это сэндвич с голубым загадочным мясом.
    (Источник)

    При подключении к батарее ток течет по цепи, но не может преодолеть расстояние между пластинами. Вместо этого положительный заряд накапливается на одной пластине, отрицательный заряд накапливается на другой, и ток замедляется.

    Емкость конденсатора с плоскими пластинами без диэлектрика определяется по формуле:

    C зависит от размера пластин и их расстояния, но дает нам отношение заряда, накопленного на пластинах, к заряду, накопленному на пластинах. напряжение, прикладываемое к конденсатору батареей:

    Емкость измеряется в кулонах на вольт, что мы определяем как фарад (Ф).

    При извлечении аккумулятора заряд благополучно ложится на конденсатор. Но если мы соединим два конца конденсатора, скажем, через резистор:

    Внезапно разность потенциалов в конденсаторе имеет путь к разрядке. Он будет действовать как батарея с напряжением, определяемым C и q . В отличие от батареи, он способен очень быстро перемещать большой заряд, позволяя схемам включать вспышки фотокамеры. Или бросьте злых приспешников с 50 000 В встряхнуть, а не встряхнуть.

    Поскольку конденсаторы служат для хранения и высвобождения заряда в цепи, они также служат для хранения и высвобождения энергии. Накопление заряда на конденсаторе будет преобразовывать энергию батареи в накопленную в конденсаторе энергию, определяемую как:

    Точно так же, как резисторы, мы можем добавить несколько конденсаторов в цепь; однако сочетаются они совершенно по-разному. Если мы подключим два конденсатора параллельно к батарее, падение напряжения на них должно быть одинаковым, как это дается законом Кирхгофа о напряжении.Если эти два конденсатора имеют одинаковую емкость, уравнение означает, что они оба должны иметь одинаковое количество накопленного заряда. Тогда эквивалентный конденсатор для замены параллельных конденсаторов будет иметь вдвое больший заряд при том же падении напряжения, другими словами, удвоенную емкость. Это совсем не то, что происходит с резисторами.

    Для конденсаторов, подключенных параллельно и последовательно, мы имеем:

    Это в точности противоположно параллельному и последовательному соединению резисторов.

    Индуктивность

    В то время как конденсаторы накапливают энергию в электрическом поле между двумя пластинами, катушки индуктивности накапливают энергию в магнитном поле катушки с проводом. Катушки индуктивности используются в силовых трансформаторах и электродвигателях, и поэтому они имеют решающее значение для многих миссий агента 007 — катапультное сиденье его Aston Martin ничего не выбрасывало без какого-либо электродвигателя, расцепляющего пружины.

    Напряжение, которое появляется на катушке индуктивности при изменении тока Δ I основано на ее индуктивности ( L ):

    Это напряжение всегда создается в направлении, которое будет пытаться сопротивляться изменению тока, являющемуся следствием законов Фарадея и Ленца.

    Количество энергии, которое может хранить катушка индуктивности, представляет собой комбинацию ее индуктивности и неизменного тока через катушку:

    Индуктивность, как и емкость, зависит от геометрии устройства. Измеряется в генри (H).

    Катушки индуктивности объединяются в цепи точно так же, как и резисторы: индуктивности обычно складываются последовательно и обратно пропорционально параллельно.

    И с этим у вас есть все инструменты для вашей текущей миссии.Хотя арсенал Q далеко не пуст — в нем все еще есть транзисторы, диоды, преобразователи, генераторы, резонаторы, логические вентили, микрофоны, громкоговорители, моторы, термисторы, лазеры (очевидно) и многое другое — они вступят в игру в будущих частях. Вы же не ожидаете, что Бонд будет использовать одни и те же старые трюки каждый раз, не так ли?

    Распространенные ошибки

    Резисторы и катушки индуктивности соединяются одинаково, но не забывайте, что конденсаторы работают наоборот — они соединяются последовательно, как резисторы соединяются параллельно, и наоборот.

    Brain Snack

    Все сенсорные экраны основаны на том факте, что люди — это просто еще один элемент схемы. Экран вашего смартфона сделан из стекла с сеткой из прозрачного металла, которая проводит электричество. (Вы правильно прочитали — прозрачный металл . Разум = взорван, верно?) Когда вы кладете палец на экран, меняется емкость этой секции сетки, и телефон может точно определить, как далеко находится эта катапульта. должен запустить птицу.

    3.2: Элементы идеальной схемы — Инженерные тексты LibreText

    Цели обучения

    • В этом модуле приведены примеры элементов элементарной схемы; резистор, конденсатор и катушка индуктивности, которые обеспечивают линейную зависимость между напряжением и током.

    Элементарные элементы схемы — резистор, конденсатор и катушка индуктивности — накладывают линейных отношений между напряжением и током.

    Резистор

    Рис. 3.2.1 Резистор v = R i

    Резистор, безусловно, самый простой элемент схемы. В резисторе напряжение пропорционально току с константой пропорциональности R , известной как сопротивление .

    \[v(t) = R\, i(t)\]

    Сопротивление измеряется в омах, обозначаемых как Ω , названных в честь немецкого ученого-электрика Георга Ома. Иногда соотношение v-i для резистора записывается как i = Гв , при этом G , проводимость , равная 1/R .{2}(т)\]

    Когда сопротивление приближается к бесконечности, возникает то, что известно как разомкнутая цепь. : Ток не течет, но в разомкнутой цепи может появиться ненулевое напряжение. Когда сопротивление становится равным нулю, напряжение падает до нуля при ненулевом токе. Эта ситуация соответствует короткому замыканию . Сверхпроводник физически реализует короткое замыкание.

    Конденсатор

    Рис. 3.2.2 Конденсатор

    \[i = C\frac{\mathrm{d} v(t)}{\mathrm{d} t}\]

    Конденсатор накапливает заряд, и соотношение между накопленным зарядом и результирующим напряжением равно q = Cv . {2}(t)\]

    Источники

    Инжир.3.2.4 Источник напряжения слева и источник тока справа подобны всем элементам цепи в том смысле, что они имеют определенное соотношение между напряжением и током, определенным для них. Для источника напряжения V = V S для любого тока I , для текущего источника, I = -I

    8 S для любого напряжения V

    Источники напряжения и ток также являются элементами цепи, но они не являются линейными в строгом смысле линейных систем.Например, отношение v-i источника напряжения равно v=v s независимо от силы тока. Что касается источника тока, то i=-i s независимо от напряжения. Другое название источника постоянного напряжения — аккумулятор, и его можно купить в любом супермаркете. Текущие источники, с другой стороны, гораздо труднее получить; мы узнаем, почему позже.

    Элементы электронной схемы — обзор MCAT

    Элементы схемы

    • Ток (I = ΔQ/Δt, знаки, единицы)
      • Ток – это скорость протекания заряда через поперечное сечение проводника (провода).
      • Традиционно за направление тока принимают поток положительных зарядов.
      • Единицей тока является кулон в секунду, Кл/с.
    • Батарея, электродвижущая сила, напряжение
      • Электродвижущая сила (ЭДС) на самом деле не сила, а разность потенциалов с единичным напряжением.
      • Батарея является источником ЭДС.
      • Если батарея не имеет внутреннего сопротивления, то разность потенциалов на батарее = ЭДС.
      • Если батарея имеет внутреннее сопротивление, то разность потенциалов на батарее = ЭДС – падение напряжения из-за внутреннего сопротивления.
    • Потенциал клеммы, внутреннее сопротивление батареи
      • Терминальный потенциал — это напряжение на клеммах батареи.
      • Внутреннее сопротивление батареи подобно резистору рядом с последовательно соединенной батареей.
      • Потенциал клеммы = ЭДС – ИК внутренний
    • Сопротивление
      • Закон Ома (I = V/R)
      • резисторы последовательно
        • I серия = I 1 = I 2 = I 3
        • Все последовательно соединенные резисторы имеют одинаковый ток.
        • Серия V = V 1 + V 2 + V 3
        • Падение напряжения между последовательными резисторами делится в соответствии с сопротивлением – чем больше сопротивление, тем больше падение напряжения (V = IR).
      • резисторы параллельно
        • В параллельно = В 1 = В 2 = В 3
        • Все резисторы, включенные параллельно, имеют одинаковое напряжение.
        • I параллельный = I 1 + I 2 + I 3
        • Ток между параллельно подключенными резисторами распределяется в соответствии с сопротивлением – больше сопротивление, меньше ток (I = V/R).
      • удельное сопротивление (ρ = RA/L)
        • Удельное сопротивление обратно пропорционально проводимости.
        • Большее удельное сопротивление, больше сопротивление материала.
        • Преобразование приведенного выше уравнения, чтобы получить R = ρL/A. Чтобы сделать провод с низким сопротивлением, выберите материал с низким удельным сопротивлением, сделайте провод коротким и оставьте его большим диаметром.
        • Удлинители сделаны очень толстыми, чтобы снизить сопротивление, чтобы они не нагревались и не вызывали возгорания.
    • Емкость
      • концепция конденсатора с плоскими пластинами
        • С = Q/V = εA/d
        • Большая емкость создается за счет большего заряда пластин (Q) при заданном напряжении (В), большей площади пластин (A) или меньшем расстоянии между пластинами (d).
        • V = Ed, где V — напряжение на конденсаторе, E — электрическое поле между конденсаторами, а d — расстояние между обкладками конденсатора.
      • энергия заряженного конденсатора
        • U = Q 2 / 2C = ½QΔV = ½C(ΔV) 2
        • U — потенциальная энергия заряженного конденсатора, Q — накопленный заряд (величина либо +Q, либо -Q на одна из обкладок), C – емкость.
      • конденсаторы последовательно
        • 1 / C EQ =

          0 1 / C 1 + 1 / C 2 + 1 / C 3
      • конденсаторы параллельно
        • С экв = С 1 + С 2 + С 3
      • диэлектрик
        • Диэлектрик = непроводящий материал.
        • Вставка диэлектрика между пластинами конденсатора увеличивает емкость либо за счет увеличения Q (если V постоянно), либо за счет уменьшения V (если Q постоянно).
        • В = В 0
        • С = κС 0
    • Разряд конденсатора через резистор
      • Зарядка
      • Разрядка
      • Во время разрядки конденсатора он действует как батарея и создает ток, который со временем уменьшается по мере разрядки конденсатора.
    • Теория проводимости
      • На проводимость влияет концентрация электролита:
        • Без электролита, без ионизации, без проводимости.
        • Оптимальная концентрация электролита, наибольшая электропроводность благодаря наибольшей подвижности ионов.
        • Слишком много электролита, слишком много ионов, меньшая подвижность ионов, меньшая проводимость.
      • На проводимость влияет температура:
        • В металлах проводимость уменьшается с повышением температуры.
        • В полупроводниках проводимость увеличивается с повышением температуры.
        • При экстремально низких температурах (ниже определенной критической температуры, как правило, на несколько градусов выше абсолютного нуля) некоторые материалы обладают сверхпроводимостью – сопротивление току практически отсутствует, в таких условиях ток будет зацикливаться почти вечно.
      • Проводимость (σ) обратно пропорциональна удельному сопротивлению (ρ).
      • Поместите конденсатор в раствор, раствор будет проводить ток между пластинами конденсатора, таким образом, вы можете измерить проводимость раствора с помощью конденсатора.

    Схемы

    • Мощность в цепях (P=VI, P=I 2 R)
      • П = ИВ = И 2 Р
      • P — мощность, I — ток, V — напряжение, R — сопротивление.
      • Энергетические компании пытаются сэкономить количество меди, необходимой для линий электропередачи, используя более тонкие провода, что делает R довольно высоким.
      • Чтобы минимизировать P, рассеиваемое проводами, они минимизируют I, максимизируя V. Вот почему линии электропередач передают электричество при высоком напряжении.

    Цепи переменного тока и реактивные цепи

    • Среднеквадратический ток
      • I среднеквадратичное значение = I макс. / √2 = 0,7 I макс.
    • Среднеквадратичное напряжение
      • V RMS = V = V Max
      • / √2 = 0,7 V MAX
    • V RMS = I RMS R
    • P среднее = I среднеквадратичное значение В среднеквадратичное значение = I 2 среднеквадратичное значение R

    Основные компоненты электрической цепи

    Основные компоненты электрической цепи:

    Основные компоненты электрической цепи состоят из трех частей: (1) источника энергии, такого как батарея или генератор, (2) нагрузки или потребителя, такого как лампа или двигатель, и (3) соединительных проводов, как показано на рис. 1.2. Эта схема представляет собой простую схему. Батарея подключается к лампе двумя проводами. Назначение схемы — передача энергии от источника (аккумулятора) к нагрузке (лампе). И это достигается за счет прохождения электронов по проводам вокруг цепи.

    Ток течет по нити накала лампы, заставляя ее излучать видимый свет. Ток протекает через батарею за счет химического воздействия. Замкнутая цепь определяется как цепь, в которой ток имеет полный путь для протекания.Когда путь тока разорван так, что ток не может течь, цепь называется разомкнутой цепью.

    В частности, взаимосвязь двух или более простых элементов цепи и основных компонентов электрической цепи, а именно. источники напряжения, резисторы, катушки индуктивности.

    Если сеть содержит хотя бы один замкнутый путь, она называется электрической цепью. По определению, простой элемент цепи представляет собой математическую модель двух оконечных электрических устройств и может быть полностью охарактеризован его напряжением и током. Очевидно, что физическая схема должна обеспечивать средства для передачи энергии.

    В целом классификация сетевых элементов разделена на четыре группы, а именно.

    • Активный и пассивный
    • Односторонний и двусторонний
    • Линейные и нелинейные элементы
    • Линейные и нелинейные элементы

    Активный и пассивный:

    Источники энергии (источники напряжения или тока) — это активные элементы, способные подавать питание на какое-либо внешнее устройство.Пассивные элементы — это те, которые способны только получать энергию. Некоторые пассивные элементы, такие как катушки индуктивности и конденсаторы, способны накапливать конечное количество энергии и возвращать ее позже внешнему элементу. Более конкретно, активный элемент способен подавать на какое-то внешнее устройство среднюю мощность больше нуля в течение бесконечного интервала времени. Например, идеальными источниками являются активные элементы. Пассивный элемент определяется как элемент, который не может обеспечивать среднюю мощность, превышающую ноль, в течение бесконечного интервала времени.В эту категорию попадают резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.

    Односторонний и двусторонний:

    В двустороннем элементе соотношение между напряжением и током одинаково для тока, протекающего в любом направлении. Напротив, односторонний элемент имеет разные отношения между напряжением и током для двух возможных направлений тока. Примерами двусторонних элементов являются элементы, обычно изготовленные из материалов с высокой проводимостью. Примерами односторонних элементов являются вакуумные диоды, кремниевые диоды и металлические выпрямители.

    Линейные и нелинейные элементы:

    Элемент называется линейным, если его вольт-амперная характеристика все время представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. Например, ток, проходящий через резистор, пропорционален приложенному к нему напряжению, и отношение выражается как V α I или V = IR. Линейный элемент или сеть удовлетворяет принципу суперпозиции, то есть принципу однородности и аддитивности. Элемент, который не удовлетворяет вышеуказанному принципу, называется нелинейным элементом.

    Сосредоточенные и распределенные элементы:

    Сосредоточенные элементы — это элементы очень малого размера, в которых типичными сосредоточенными элементами являются конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности и трансформаторы. Обычно элементы считаются сосредоточенными, если их размер очень мал по сравнению с длиной волны приложенного сигнала. Распределенные элементы, с другой стороны, не являются электрически разделяемыми для аналитических целей. Например, линия передачи с распределенными сопротивлением, индуктивностью и емкостью по всей длине может простираться на сотни миль.

    (PDF) 3+3 ЭЛЕМЕНТА ОСНОВНОЙ ЦЕПИ

    3+3 ЭЛЕМЕНТА ОСНОВНОЙ ЦЕПИ

    (резистор, индуктор, конденсатор, мемристор, меминдуктор, мемконденсатор)

    Осман Гюрдал

    , Факультет электротехники и электротехники

    Университет Гази,

    06500, Анкара, ТУРЦИЯ, og. [email protected]

    РЕФЕРАТ

    что доступны только четыре основных элемента схемы

    , а именно.резистор (R), катушка индуктивности (L), конденсатор (C) и мемристор (M). Эти элементы определяются

    в терминах четырех основных переменных цепи, таких как ток (i), напряжение (v), заряд (q) и магнитный поток

    (Φ). Соотношения i-v каждого пассивного элемента получены по известным электромагнитным законам, описанным в литературе. В этом исследовании с защемленными iv петлями гистерезиса и без них, а также с некоторыми геометрическими

    отношениями каждого пассивного элемента, полученными путем сдвига и перекоса синусоидальных

    волн тока, в то время как эталонная синусоидальная волна напряжения сохраняется без какого-либо фазового сдвига или

    перекос.Используя предложенный подход, количество основных элементов схемы в дополнение к 3

    более старым элементам LCR уточняется как шесть (3+3), три из которых являются мемрезистором MR, меминдуктором ML

    и мемконденсатором MC. Полученные результаты, включая кривые i-v, имеют довольно педагогический

    потенциал для легкого понимания и взаимосвязи графических и теоретических отношений между шестью

    (3+3) фундаментальными элементами схемы без использования какой-либо электромагнитной теории.

    Ключевые слова: Основные элементы схемы, мемристивные элементы схемы, резистор, мемристор, индуктор,

    меминдуктор, конденсатор, мемконденсатор, мемимпеданс, перекос, сдвиг

    Глоссарий символов и сокращений:

    v: мгновенное напряжение

    φ

    : фазовый угол опережения или отставания

    i: мгновенный ток q: заряд ML: память индуктивности

    z: мгновенный импеданс ток

    I Введение

    Доступны только четыре основных элемента схемы, а именно.резистор (R), катушка индуктивности (L), конденсатор (C),

    и мемристор (M) в новой теории цепей после недавнего открытия мемристивной схемы

    элементов (мемристор, меминдуктор, мемконденсатор) [1-3] . Эти элементы определяются в терминах четырех основных переменных цепи

    , таких как ток (i), напряжение (v), заряд (q) и магнитный поток (Φ), как показано на рис. 1

    . Соотношения iv каждого пассивного элемента полученные с использованием известных электромагнитных

    законов, включая уравнения Максвелла, из литературы [4-8].

    Что такое «последовательные» и «параллельные» цепи? | Последовательные и параллельные цепи

    Цепи, состоящие всего из одной батареи и одного сопротивления нагрузки, очень просты для анализа, но не часто встречаются на практике. Обычно мы находим схемы, в которых более двух компонентов соединены вместе.

    Последовательные и параллельные цепи

    Существует два основных способа подключения более двух компонентов схемы: последовательно и параллельно .

    Схема конфигурации серии

    Во-первых, пример последовательной цепи:

    Здесь у нас есть три резистора (обозначенные R 1 , R 2 и R 3 ), соединенные длинной цепочкой от одного вывода батареи к другому. (Следует отметить, что нижняя маркировка — эти маленькие цифры справа внизу от буквы «R» — не связаны с номиналами резисторов в омах. Они служат только для идентификации одного резистора от другого.)

    Определяющей характеристикой последовательной цепи является то, что существует только один путь для протекания тока. В этой цепи ток течет по часовой стрелке, от точки 1 к точке 2, к точке 3, к точке 4 и обратно к точке 1.

    Конфигурация параллельной цепи

    Теперь давайте посмотрим на другой тип схемы, параллельную конфигурацию:

    Опять же, у нас есть три резистора, но на этот раз они образуют более одного непрерывного пути для протекания тока.Есть один путь от 1 к 2, от 7 к 8 и обратно к 1. Есть еще от 1 до 2, затем от 3 до 6, затем от 7 до 8 и снова до 1. А затем есть третий путь от 1 к 2, к 3, к 4, к 5, к 6, к 7, к 8 и снова к 1. Каждый отдельный путь (через R 1 , R 2 и R 3 ) называется ветвью .

    Определяющей характеристикой параллельной цепи является то, что все компоненты соединены между одним и тем же набором электрически общих точек. Глядя на принципиальную схему, мы видим, что точки 1, 2, 3 и 4 электрически общие.То же самое и с точками 8, 7, 6 и 5. Обратите внимание, что все резисторы, а также батарея подключены между этими двумя наборами точек.

    И, конечно же, сложность не ограничивается простыми рядами и параллельными! У нас также могут быть схемы, которые представляют собой комбинацию последовательных и параллельных.

    Цепь последовательно-параллельной конфигурации

    В этой цепи у нас есть два контура для протекания тока: один от 1 к 2 к 5 к 6 и снова к 1, а другой от 1 к 2 к 3 к 4 к 5 к 6 и снова к 1 .Обратите внимание, как оба текущих пути проходят через R 1 (из точки 1 в точку 2). В этой конфигурации мы бы сказали, что R 2 и R 3 параллельны друг другу, а R 1 последовательно с параллельной комбинацией R 2 и R 3 .

    Это всего лишь предварительный просмотр того, что будет дальше. Не волнуйтесь! Мы подробно рассмотрим все эти конфигурации цепей, по очереди! Вы можете сразу перейти к следующим страницам, посвященным последовательным и параллельным схемам, или к разделу Что такое последовательно-параллельная схема? в главе 7.

    Основы последовательного и параллельного соединения

    Что такое последовательное соединение?

    Основная идея «последовательного» соединения заключается в том, что компоненты соединяются встык в линию, образуя единственный путь, по которому может протекать ток:

    Что такое параллельное соединение?

    С другой стороны, основная идея «параллельного» соединения заключается в том, что все компоненты подключаются через выводы друг друга. В чисто параллельной цепи никогда не бывает более двух наборов электрически общих точек, независимо от того, сколько компонентов соединено.Есть много путей для протекания тока, но только одно напряжение на всех компонентах:

    Конфигурации последовательного и параллельного резисторов

    имеют очень разные электрические свойства. Мы рассмотрим свойства каждой конфигурации в следующих разделах.

    ОБЗОР:

    • В последовательной цепи все компоненты соединены встык, образуя единый путь для протекания тока.
    • В параллельной цепи все компоненты соединены друг с другом, образуя ровно два набора электрически общих точек.
    • «Ветвь» в параллельной цепи — это путь прохождения электрического тока, образованный одним из компонентов нагрузки (например, резистором).

    СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

    Основы цепей постоянного тока (методы анализа, законы и теоремы)

    Базовый курс теории электрических цепей

    Теория электрических цепей и электромагнитная теория являются двумя фундаментальными теориями, на которых строятся все отрасли электротехники. На теории электрических цепей базируются многие отрасли электротехники, например энергетика, электрические машины, управление, электроника, связь, приборостроение.

    Основы цепей постоянного тока (методы анализа, законы и теоремы) – фото предоставлено: Volkening’s Physics Classes через Youtube для начинающих студентов электротехнического образования.

    Теория цепей также полезна для студентов, специализирующихся в других областях физических наук , потому что цепи являются хорошей моделью для изучения энергетических систем в целом , а также из-за прикладной математики, физики и топологии.

    В электротехнике нас часто интересует передача или передача энергии из одной точки в другую. Для этого требуется взаимосвязь электрических устройств. Такая взаимосвязь называется электрической цепью, а каждый компонент цепи известен как элемент.

    Электрическая цепь соединение электрических элементов .

    Рисунок 1.1 – Простая схема

    Простая электрическая цепь показана на рис.1.1. Состоит из трех основных элементов: батарейки, лампы и соединительных проводов. Такая простая схема может существовать сама по себе.

    Имеет несколько применений, таких как фонарик, прожектор и так далее.

    Рисунок 1.2 – Более сложная и реальная схема

    На рис. 1.2 показана сложная реальная схема, представляющая принципиальную схему радиоприемника . Хотя эта схема кажется сложной, ее можно проанализировать с помощью методов, которые мы рассмотрим в этой книге.

    Наша цель в этом тексте — изучить различные аналитические методы и компьютерные приложения для описания поведения схемы, подобной этой.

    Электрические цепи используются во многих электрических системах для решения различных задач. Наша цель в этой книге — не изучение различных применений и применений схем. Скорее, наша главная забота — это анализ цепей.

    Под анализом схемы мы подразумеваем изучение поведения схемы: как она реагирует на данный ввод? Как взаимодействуют взаимосвязанные элементы и устройства в цепи? Начнем наше исследование с определения некоторых основных понятий.

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.