Контур электрической цепи: Контур электрической цепи - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Ветвь и узел электрической цепи

Введение

Подавляющее большинство задач по электротехнике сводится к расчету режимов электрических цепей. В условии задается схема электрической цепи и параметры её элементов (напряжения источников питания, сопротивления резисторов и т. п.). Как правило, требуется определить токи и напряжения на различных элементах цепи.

Электрические цепи, в которых получение электрической энергии в источниках, ее передача и преобразование в приемниках происходят при неизменных по величине во времени токах и напряжениях, принято называть цепями постоянного тока.

Следует заметить что методы решения задач для цепей постоянного тока применимы и для цепей синусоидального тока. Различие только в применяемом математическом аппарате.

Непосредственно перед решением задачи необходимо проанализировать схему электрической цепи и выяснить к какому виду (простая или сложная) относится данная электрическая цепь.

Для каждого вида существуют свои варианты и способы решения. Далее выбирают наиболее оптимальный вариант расчета и переходят непосредственно к решению задачи.

Для рассмотрения основных приемов решения подобных задач сначала необходимо определится с ключевыми понятиями, без которых дальнейшее рассмотрение будет просто невозможным.

Элементы электрической цепи

Электрической цепью называют совокупность электрических элементов, соединенных проводниками. Состояние электрической цепи можно описать с помощью понятийнапряжения и тока. Все элементы электрической цепи можно условно разбить на две группы: пассивные элементы (резисторы) и активные элементы (источники электромагнитной энергии).

Резистор – пассивный электрический элемент, характеризуемый величиной, называемой электрическим сопротивлением R. Иногда при расчете цепей удобнее использовать другой величиной, обратной сопротивлению: проводимостью G (1. 1).

Электрическое сопротивление резистора R, напряжение на его зажимах U_R и ток через резистор I_R связаны между собой законом Ома (1.2).

Под активными элементами электрической цепи следует понимать любые источники электрической энергии. Различают два вида источников электрической энергии: источники напряжения и источники тока.

Источник напряжения характеризуется двумя параметрами: величиной электродвижущей силы (ЭДС) Е и внутренним сопротивлением R. На схемах отображается в виде последовательного соединения источника ЭДС Е и сопротивления R.

Напряжение на зажимах источника напряжения U отличается от величины ЭДС E на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника

R. Для случая, когда I = 0 справедливо U = E.

Источник тока также характеризуется двумя параметрами: величиной тока I и внутренним сопротивлением R. На схемах отображается в виде параллельного соединения источника тока со значением I и внутреннего сопротивления R.

Любой реальный источник электрической энергии можно представить в виде, как источника напряжения, так и источника тока. Иногда при решении задач возникает необходимость трансформировать источник тока в источник напряжения (или наоборот). Эти преобразования легко можно выполнить с помощью формул, приведенных ниже.

Цепи постоянного тока. Элементы цепи, определение.

Цепи постоянного тока это совокупность объектов и устройств, которые создают путь для движения электрического тока. При этом все происходящие электромагнитные процессы описываются с применение понятий об электродвижущей силе электрическом напряжении и токе.

Все объекты и устройства, которые входят в цепь постоянного тока подразделяются на категории.

Первая из них это источники тока. Те источники, в которых идет преобразование не электрической энергии в электрическую называются первичными. К ним относятся гальванические элементы аккумуляторы электрогенераторы фотоэлементы. Если же источник преобразует электрическую энергию, то он называется вторичным. К таким источникам можно отнести выпрямители трансформаторы стабилизаторы и преобразователи.

Кроме источников тока существуют потребители. В них идет обратный процесс преобразования энергии. То есть электрическая переходит в другие виды. В частности в тепловую в нагревательных элементах или в электромагнитную в виде излучения.

И все что осталось относиться к вспомогательным элементам цепи постоянного тока. То есть, то, что не является ни источником, ни потребителем энергии. Сюда можно отнести соединительные провода коммутационные разъёмы переключатели измерительные приборы.

Реальные электрические цепи для упрощения их анализа и расчета изображаются в виде электрических схем. В которых реальные объекты и устройства заменяются на графические условные обозначения. Реальные источники тока в таких электрических схемах представляются в виде источника эдс с внутренним сопротивлением. Нагревательные элементы и им подобные изображаются в виде эквивалентного электрического сопротивления.

Рисунок 1 — пример электрической схемы

В случае проведения расчетов с использованием электрических схем выделяют некоторые понятия. Например, ветвь электрической цепи это такой участок схемы на котором значение тока неизменно. В такую ветвь может входить от одного до нескольких элементов включённых последовательно.

Рисунок 2 — ветвь электрической цепи

Узлом электрической цепи называется та часть цепи, где происходит соединение минимум трех ветвей. На практике их может быть значительно больше. А соединение двух ветвей это будет также одна ветвь без разветвлений, но разбитая на части.

И ток в них будет протекать все равно один и тот же. Если две различные ветви соединяют два разных узла, то они называются параллельными.

Рисунок 3 — узел электрической цепи

Ток в цепи постоянного тока не может протекать, если она не замкнута. И та часть цепи, которая состоит из нескольких ветвей и при этом она замкнута, называется контуром.

Рисунок 4 — контур электрической цепи

Любая цепь электрического постоянного тока, состоящая из выше перечисленных элементов, может быть отнесена к одному из двух видов цепей. Первая это линейная электрическая цепь. В такой цепи присутствуют только такие элементы параметры, которых не изменяются с изменением тока проходящего через них. В роли такого параметра может выступать сопротивление.

В нелинейных электрических цепях также могут присутствовать линейные элементы. Но отличаются такие цепи наличием одно или более нелинейного элемента. То есть в таком элементе изменяется один из параметров при протекании тока через него. Простейшим нелинейным элементом является лампа накаливания. В холодном состоянии спираль имеет более низкое сопротивление, а при прохождении тока через нее сопротивление увеличивается.

Ветвь и узел электрической цепи

Электрическая цепь характеризуется совокупностью элементов, из которых она состоит, и способом их соединения. Соединение элементов электрической цепи наглядно отображается ее схемой. В зависимости от особенностей схемы следует применять тот или иной способ расчета электрической цепи. В данном разделе рассмотрим ключевые понятия, которые в дальнейшем будут необходимы для выбора наиболее оптимального и правильного приема решения задач.

Ветвью называется участок электрической цепи, обтекаемый одним и тем же током. Ветвь образуется одним или несколькими последовательно соединенными элементами цепи.

Узел – место соединения трех и более ветвей.

В качестве примера на рисунке изображены схемы двух электрических цепей. Первая из них содержит 6 ветвей и 4 узла. Вторая состоит из 5 ветвей и 3 узлов. В этой схеме обратите внимание на нижний узел. Очень часто допускают ошибку, считая что там 2 узла электрической цепи, мотивируя это наличием на схеме цепи в нижней части 2-х точек соединения проводников. Однако на практике следует считать две и более точки, соединенных между собой проводником, как один узел электрической цепи.

При обходе по соединенным в ветвях цепям можно получить замкнутый контурэлектрической цепи. Каждый контур представляет собой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, при этом каждый узел встречается в данном контуре не более одного раза. Ниже приведена электрическая схема, на которой отмечено несколько произвольно выбранных контуров.

Всего для данной цепи можно выделить 6 замкнутых контуров.

Как выбрать направление обхода контура

При свертке параллельных ветвей эквивалентное сопротивление всегда меньше наименьшего из сворачиваемых.

Если параллельно соединены n одинаковых сопротивлений (Рис. 3.3), эквивалентное сопротивление в n раз меньше сопротивления любой из ветвей.

Если на участке цепи параллельно соединены лишь два элемента (Рис. 3.4), выражение (3.2) упрощается. В этом случае эквивалентное сопротивление можно определить как отношение произведения двух сопротивлений к их сумме:

4. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

К основным законам электрических цепей относятся закон Ома и законы Кирхгофа.

Если в ветви не содержится ЭДС, к ней применим уже известный закон Ома для пассивного участка цепи (1.1). Его можно сформулировать и следующим образом. Ток в ветви, не содержащей ЭДС, равен падению напряжения в ветви, деленному на сопротивление ветви (Рис. 4.1):

Закон Ома для ветви, содержащей ЭДС, позволяет найти ток этой ветви по известной разности потенциалов на концах ветви. Ток в ветви, содержащей ЭДС, равен дроби, знаменатель которой – это сопротивление ветви. В числителе дроби – напряжение на концах ветви плюс алгебраическая сумма ЭДС, заключенных между концами ветви. С плюсом берутся напряжения и ЭДС, направление которых совпадает с направлением тока, с минусом – противоположные.

В частности, ток в ветви, изображенной на Рис. 4.2, равен:

Первый закон Кирхгофа

В любом узле цепи алгебраическая сумма токов равна нулю. При этом, токи, направленные к узлу, принято считать положительными, токи, направленные от узла, принято считать отрицательными (Рис. 4.3).

По первому закону Кирхгофа можно написать столько уравнений, сколько узлов содержит схема. Но не все они будут независимыми. Если схема содержит узлов, независимыми будут уравнений. Оставшееся уравнение будет являться следствием всех предыдущих.

Второй закон Кирхгофа

В любом замкнутом контуре цепи алгебраическая сумма напряжений равна алгебраической сумме ЭДС, включенных в контур.

При этом, положительными считаются те напряжения и ЭДС, которые совпадают с направлением обхода контура, отрицательными считаются напряжения и ЭДС, которые противоположны направлению обхода контура. Направление обхода контура можно выбирать произвольно.

Алгоритм составления уравнения по второму закону Кирхгофа для замкнутого контура цепи

Для заданного контура (Рис. 4.4 а) уравнение по второму закону Кирхгофа составляется в следующем порядке:

Задается направление токов в ветвях (Рис. 4.4 б).

Выбирается направление обхода контура (Рис. 4.4 в).

Записывается уравнение, в левой части которого – сумма падений напряжений на сопротивлениях ветвей. В правой части – сумма ЭДС контура.

Примечание: Падение напряжения на сопротивлении ветви записывается в соответствии с известным уже законом Ома (1.1):

Применение второго закона Кирхгофа для незамкнутого участка цепи

Второй закон Кирхгофа справедлив только для замкнутого контура. При этом, любой незамкнутый участок цепи можно дополнить до замкнутого контура с помощью напряжения в разрыве незамкнутого участка.

Незамкнутый участок цепи abcd изображен на Рис. 4.5 а.

Дополняем участок до замкнутого контура, добавляя напряжение между незамкнутыми точками c и d (Рис. 4.5 б). Теперь для контура abcd можно записать второй закон Корхгофа:

Применение законов Кирхгофа при наличии в цепи источника тока

Источник тока имеет бесконечно большое сопротивление, поэтому не образует замкнутого контура и не может входить в уравнения второго закона Кирхгофа. Однако, в уравнениях первого закона Кирхгофа источник тока должен содержаться обязательно.

При необходимости записать уравнение по второму закону Кирхгофа для контура, содержащего источник тока, его заменяют напряжением на выводах источника тока.

Написать уравнение по первому закону Кирхгофа для узла a и уравнение по второму закону Кирхгофа для контура abcd (Рис. 4.6 а).

Уравнение по первому закону Кирхгофа для узла a содержит источник тока и имеет вид:

Для того чтобы написать уравнение по второму закону Кирхгофа для контура abcd, заменяем источник тока напряжением на его выводах (Рис. 4.6 б), задаем направление обхода контура против часовой стрелки и получаем:

Для упрощения расчетов источник тока с параллельным сопротивлением можно заменить на эквивалентный источник ЭДС (Рис. 4.7). После расчета необходимо обязательно вернуться к исходной схеме.

Независимый контур цепи

В принципе, по второму закону Кирхгофа можно составить столько уравнений, сколько контуров содержит цепь. Но не все эти уравнения будут независимыми. Для определения независимости уравнений по второму закону Кирхгофа вводится такое понятие как независимый контур цепи.

Независимый контур цепи – это такой контур, который содержит хотя бы одну новую ветвь, не вошедшую в другие контуры цепи.

Независимые контуры в общем случае выбираются произвольно, но проще всего выбирать их так, чтобы они совпадали с ячейками цепи (Рис. 4.8 б).

Если схема содержит ветвей и узлов, число независимых контуров равно

Схема на Рис. 4.8 б содержит три независимых контура.

5. СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ ПО ЗАКОНАМ КИРХГОФА ДЛЯ РАСЧЕТА ТОКОВ ЦЕПИ

Законы Кирхгофа можно использовать для расчета токов в ветвях цепи. Главное требование при этом – получение системы независимых уравнений, в которой число неизвестных равно количеству токов, подлежащих определению.

Алгоритм составления системы уравнений по законам Кирхгофа

АлтГТУ 419
АлтГУ 113
АмПГУ 296
АГТУ 266
БИТТУ 794
БГТУ «Военмех» 1191
БГМУ 172
БГТУ 602
БГУ 153
БГУИР 391
БелГУТ 4908
БГЭУ 962
БНТУ 1070
БТЭУ ПК 689
БрГУ 179
ВНТУ 119
ВГУЭС 426
ВлГУ 645
ВМедА 611
ВолгГТУ 235
ВНУ им. Даля 166
ВЗФЭИ 245
ВятГСХА 101
ВятГГУ 139
ВятГУ 559
ГГДСК 171
ГомГМК 501
ГГМУ 1967
ГГТУ им. Сухого 4467
ГГУ им. Скорины 1590
ГМА им. Макарова 300
ДГПУ 159
ДальГАУ 279
ДВГГУ 134
ДВГМУ 409
ДВГТУ 936
ДВГУПС 305
ДВФУ 949
ДонГТУ 497
ДИТМ МНТУ 109
ИвГМА 488
ИГХТУ 130
ИжГТУ 143
КемГППК 171
КемГУ 507
КГМТУ 269
КировАТ 147
КГКСЭП 407
КГТА им. Дегтярева 174
КнАГТУ 2909
КрасГАУ 370
КрасГМУ 630
КГПУ им. Астафьева 133
КГТУ (СФУ) 567
КГТЭИ (СФУ) 112
КПК №2 177
КубГТУ 139
КубГУ 107
КузГПА 182
КузГТУ 789
МГТУ им. Носова 367
МГЭУ им. Сахарова 232
МГЭК 249
МГПУ 165
МАИ 144
МАДИ 151
МГИУ 1179
МГОУ 121
МГСУ 330
МГУ 273
МГУКИ 101
МГУПИ 225
МГУПС (МИИТ) 636
МГУТУ 122
МТУСИ 179
ХАИ 656
ТПУ 454
НИУ МЭИ 641
НМСУ «Горный» 1701
ХПИ 1534
НТУУ «КПИ» 212
НУК им. Макарова 542
НВ 777
НГАВТ 362
НГАУ 411
НГАСУ 817
НГМУ 665
НГПУ 214
НГТУ 4610
НГУ 1992
НГУЭУ 499
НИИ 201
ОмГТУ 301
ОмГУПС 230
СПбПК №4 115
ПГУПС 2489
ПГПУ им. Короленко 296
ПНТУ им. Кондратюка 119
РАНХиГС 186
РОАТ МИИТ 608
РТА 243
РГГМУ 118
РГПУ им. Герцена 124
РГППУ 142
РГСУ 162
«МАТИ» — РГТУ 121
РГУНиГ 260
РЭУ им. Плеханова 122
РГАТУ им. Соловьёва 219
РязГМУ 125
РГРТУ 666
СамГТУ 130
СПбГАСУ 318
ИНЖЭКОН 328
СПбГИПСР 136
СПбГЛТУ им. Кирова 227
СПбГМТУ 143
СПбГПМУ 147
СПбГПУ 1598
СПбГТИ (ТУ) 292
СПбГТУРП 235
СПбГУ 582
ГУАП 524
СПбГУНиПТ 291
СПбГУПТД 438
СПбГУСЭ 226
СПбГУТ 193
СПГУТД 151
СПбГУЭФ 145
СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 380
ПИМаш 247
НИУ ИТМО 531
СГТУ им. Гагарина 114
СахГУ 278
СЗТУ 484
СибАГС 249
СибГАУ 462
СибГИУ 1655
СибГТУ 946
СГУПС 1513
СибГУТИ 2083
СибУПК 377
СФУ 2423
СНАУ 567
СумГУ 768
ТРТУ 149
ТОГУ 551
ТГЭУ 325
ТГУ (Томск) 276
ТГПУ 181
ТулГУ 553
УкрГАЖТ 234
УлГТУ 536
УИПКПРО 123
УрГПУ 195
УГТУ-УПИ 758
УГНТУ 570
УГТУ 134
ХГАЭП 138
ХГАФК 110
ХНАГХ 407
ХНУВД 512
ХНУ им. Каразина 305
ХНУРЭ 324
ХНЭУ 495
ЦПУ 157
ЧитГУ 220
ЮУрГУ 306

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Законы Кирхгофа устанавливают соотношения между токами и напряжениями в разветвленных электрических цепях произвольного типа. Законы Кирхгофа имеют особое значение в электротехнике из-за своей универсальности, так как пригодны для решения любых электротехнических задач. Законы Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных цепей при постоянных и переменных напряжениях и токах.

Первый закон Кирхгофа вытекает из закона сохранения заряда. Он состоит в том, что алгебраическая сумма токов, сходящихся в любом узле, равна нулю.

где – число токов, сходящихся в данном узле. Например, для узла электрической цепи (рис. 1) уравнение по первому закону Кирхгофа можно записать в виде I1 — I2 + I3 — I4 + I5 = 0

В этом уравнении токи, направленные к узлу, приняты положительными.

Физически первый закон Кирхгофа – это закон непрерывности электрического тока.

Второй закон Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений на отдельных участках замкнутого контура, произвольно выделенного в сложной разветвленной цепи, равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре

где k – число источников ЭДС; m – число ветвей в замкнутом контуре; Ii , Ri – ток и сопротивление i -й ветви.

Так, для замкнутого контура схемы (рис. 2 ) Е1 — Е2 + Е3 = I1R1 — I2R2 + I3R3 — I4R4

Замечание о знаках полученного уравнения:

1) ЭДС положительна, если ее направление совпадает с направлением произвольно выбранного обхода контура;

2) падение напряжения на резисторе положительно, если направление тока в нем совпадает с направлением обхода.

Физически второй закон Кирхгофа характеризует равновесие напряжений в любом контуре цепи.

Расчет разветвленной электрической цепи с помощью законов Кирхгофа

Метод законов Кирхгофа заключается в решении системы уравнений, составленных по первому и второму законам Кирхгофа.

Метод заключается в составлении уравнений по первому и второму законам Кирхгофа для узлов и контуров электрической цепи и решении этих уравнений с целью определения неизвестных токов в ветвях и по ним – напряжений. Поэтому число неизвестных равно числу ветвей b , следовательно, столько же независимых уравнений необходимо составить по первому и второму законам Кирхгофа.

Число уравнений, которые можно составить на основании первого закона, равно числу узлов цепи, причем только ( y – 1) уравнений являются независимыми друг от друга.

Независимость уравнений обеспечивается выбором узлов. Узлы обычно выбирают так, чтобы каждый последующий узел отличался от смежных узлов хотя бы одной ветвью. Остальные уравнения составляются по второму закону Кирхгофа для независимых контуров, т.е. число уравнений b — (y — 1) = b — y +1 .

Контур называется независимым, если он содержит хотя бы одну ветвь, не входящую в другие контуры.

Составим систему уравнений Кирхгофа для электрической цепи (рис. 3 ). Схема содержит четыре узла и шесть ветвей.

Поэтому по первому закону Кирхгофа составим y — 1 = 4 — 1 = 3 уравнения, а по второму b — y + 1 = 6 — 4 + 1 = 3 , также три уравнения.

Произвольно выберем положительные направления токов во всех ветвях (рис. 4 ). Направление обхода контуров выбираем по часовой стрелке.

Составляем необходимое число уравнений по первому и второму законам Кирхгофа

Полученная система уравнений решается относительно токов. Если при расчете ток в ветви получился с минусом, то его направление противоположно принятому направлению.
Потенциальная диаграмма – это графическое изображение второго закона Кирхгофа, которая применяется для проверки правильности расчетов в линейных резистивных цепях. Потенциальная диаграмма строится для контура без источников тока, причем потенциалы точек начала и конца диаграммы должны получиться одинаковыми.

Рассмотрим контур abcda схемы, изображенной на рис. 4. В ветке ab между резистором R1 и ЭДС E1 обозначим дополнительную точку k.

Рис. 4. Контур для построения потенциальной диаграммы

Потенциал любого узла принимаем равным нулю (например, ?а= 0), выбираем обход контура и определяем потенциалы точек контура: ?а = 0, ?к = ?а — I1R1 , ? b = ? к + Е1, ?с = ? b — I2R2 , ? d = ?c — Е2, ? a = ?d + I3R3 = 0

При построении потенциальной диаграммы необходимо учитывать, что сопротивление ЭДС равно нулю (рис. 5 ).

Рис. 5. Потенциальная диаграмма

Законы Кирхгофа в комплексной форме

Для цепей синусоидального тока законы Кирхгофа формулируются так же, как и для цепей постоянного тока, но только для комплексных значений токов и напряжений.

Первый закон Кирхгофа : «алгебраическая сумма комплексов тока в узле электрической цепи равна нулю»

Второй закон Кирхгофа : «в любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма комплексных ЭДС равна алгебраической сумме комплексных напряжений на всех пассивных элементах этого контура».

В сложных электрических цепях, то есть где имеется несколько разнообразных ответвлений и несколько источников ЭДС имеет место и сложное распределение токов. Однако при известных величинах всех ЭДС и сопротивлений резистивных элементов в цепи мы можем вычистить значения этих токов и их направление в любом контуре цепи с помощью первого и второго закона Кирхгофа. Суть законов Кирхгофа я довольно кратко изложил в своем учебнике по электронике, на страницах сайта http://www.sxemotehnika.ru.

Пример сложной электрической цепи вы можете посмотреть на рисунке 1.

Рисунок 1. Сложная электрическая цепь.

Иногда законы Кирхгофа называют правилами Кирхгофа, особенно в старой литературе.

Итак, для начала напомню все-таки суть первого и второго закона Кирхгофа, а далее рассмотрим примеры расчета токов, напряжений в электрических цепях, с практическими примерами и ответами на вопросы, которые задавались мне в комментариях на сайте.

Первый закон Кирхгофа

Формулировка №1: Сумма всех токов, втекающих в узел, равна сумме всех токов, вытекающих из узла.

Формулировка №2: Алгебраическая сумма всех токов в узле равна нулю.

Поясню первый закон Кирхгофа на примере рисунка 2.

Рисунок 2. Узел электрической цепи.

Здесь ток I₁— ток, втекающий в узел , а токи I₂ и I₃ — токи, вытекающие из узла. Тогда применяя формулировку №1, можно записать:

Что бы подтвердить справедливость формулировки №2, перенесем токи I₂ и I ₃ в левую часть выражения (1), тем самым получим:

Знаки «минус» в выражении (2) и означают, что токи вытекают из узла.

Знаки для втекающих и вытекающих токов можно брать произвольно, однако в основном всегда втекающие токи берут со знаком «+», а вытекающие со знаком «-» (например как получилось в выражении (2)).

Можно посмотреть отдельный видеоурок по первому закону Кирхофа в разделе ВИДЕОУРОКИ.

Второй закон Кирхгофа.

Формулировка: Алгебраическая сумма ЭДС, действующих в замкнутом контуре, равна алгебраической сумме падений напряжения на всех резистивных элементах в этом контуре.

Здесь термин «алгебраическая сумма» означает, что как величина ЭДС так и величина падения напряжения на элементах может быть как со знаком «+» так и со знаком «-». При этом определить знак можно по следующему алгоритму:

1. Выбираем направление обхода контура (два варианта либо по часовой, либо против).

2. Произвольно выбираем направление токов через элементы цепи.

3. Расставляем знаки для ЭДС и напряжений, падающих на элементах по правилам:

— ЭДС, создающие ток в контуре, направление которого совпадает с направление обхода контура записываются со знаком «+», в противном случае ЭДС записываются со знаком «-».

— напряжения, падающие на элементах цепи записываются со знаком «+», если ток, протекающий через эти элементы совпадает по направлению с обходом контура, в противном случае напряжения записываются со знаком «-».

Например, рассмотрим цепь, представленную на рисунке 3, и запишем выражение согласно второму закону Кирхгофа, обходя контур по часовой стрелке, и выбрав направление токов через резисторы, как показано на рисунке.

Рисунок 3. Электрическая цепь, для пояснения второго закона Кирхгофа.

Предлагаю посмотреть отдельный видеоурок по второму закону Кирхогфа (теория).

Расчеты электрических цепей с помощью законов Кирхгофа.

Теперь давайте рассмотрим вариант сложной цепи, и я вам расскажу, как на практике применять законы Кирхгофа.

Итак, на рисунке 4 имеется сложная цепь с двумя источниками ЭДС величиной E₁=12 в и E₂=5 в , с внутренним сопротивлением источников r₁=r₂=0,1 Ом, работающих на общую нагрузку R = 2 Ома. Как же будут распределены токи в этой цепи, и какие они имеют значения, нам предстоит выяснить.

Рисунок 4. Пример расчета сложной электрической цепи.

Теперь согласно первому закону Кирхгофа для узла А составляем такое выражение:

так как I₁ и I ₂ втекают в узел А , а ток I вытекает из него.

Используя второй закон Кирхгофа, запишем еще два выражения для внешнего контура и внутреннего левого контура, выбрав направление обхода по часовой стрелке.

Для внешнего контура:

Для внутреннего левого контура:

Итак, у нас получилась система их трех уравнений с тремя неизвестными:

Теперь подставим в эту систему известные нам величины напряжений и сопротивлений:

12 = 0,1I₁ +2I.

Далее из первого и второго уравнения выразим ток I₂

12 = 0,1I₁ + 2I.

Следующим шагом приравняем первое и второе уравнение и получим систему из двух уравнений:

12 = 0,1I₁ + 2I.

Выражаем из первого уравнения значение I

I = 2I₁– 70;

И подставляем его значение во второе уравнение

Решаем полученное уравнение

12 = 0,1I₁ + 4I₁ – 140.

12 + 140= 4,1I₁

Теперь в выражение I = 2I₁– 70 подставим значение

I₁=37,073 (А) и получим:

I = 2*37,073 – 70 = 4,146 А

Ну, а согласно первому закона Кирхгофа ток I₂=I — I₁

I₂=4,146 — 37,073 = -32,927

Знак «минус» для тока I₂ означает, то что мы не правильно выбрали направление тока, то есть в нашем случае ток I ₂ вытекает из узла А .

Теперь полученные данные можно проверить на практике или смоделировать данную схему например в программе Multisim.

Скриншот моделирования схемы для проверки законов Кирхгофа вы можете посмотреть на рисунке 5.

Рисунок 5. Сравнение результатов расчета и моделирования работы цепи.

Для закрепления результатата предлагаю посмотреть подготовленное мной видео:

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

контур, схема, расчет, разветвленные и линейные цепи

Принцип действия

Каждая маркировка источников тока определяет принцип его действия. В стандартной ситуации выработка энергии производится посредством взаимодействия составляющих частей, а именно:

Механический тип. В результате взаимодействия деталей механизма, возникает трение. Благодаря такому явлению, возникает статическое электричество, преобразуемое в ток.
Механические конструкции работают посредством образования последовательно движущихся заряженных частиц. Явление возникает благодаря взаимодействию химического элемента с электролитом. Заряженные частицы покидают структуру кристаллической решётки металла, входя в состав проводящей жидкости.
Солнечные батареи (световые источники) работают за счет выбивания заряженных частиц из диэлектрической (кремниевой) основы под воздействием светового потока. Благодаря этому возникает постоянное напряжение.
Тепловые. Как правило, это 2 последовательно соединенных металлических основания. Одна часть нагревается, а вторая остается охлажденной. При изменении температурного режима возникает разница температур, в результате чего происходит движение заряженных частиц.

Вам это будет интересно Опасность напряжения шага

Важно! Любое изменение в строении вещества может привести к необратимым последствиям, которые проявятся при работе устройства. https://www.youtube.com/embed/w-Shyno0H58. https://www.youtube.com/embed/rsDnlddk8ds

https://youtube.com/watch?v=rsDnlddk8ds

Физические величины, характеризующие цепь

Величин, которыми можно описать любую электрическую цепь несколько. Основными из них являются:

Напряжение – U (измеряется в вольтах (В)).
Сила тока – I (измеряется в амперах (А)).
Сопротивление – R (измеряется в омах (Ом)).
Мощность – P (измеряется в Ваттах (Вт)).
Ёмкость – С (измеряется в Фарадах (Ф).

Знание формул позволяет проводить практические расчеты. К примеру, сопротивление резистора зависит не только от тока, но и от напряжения. Формула, которая это отражает, называется Законом Ома для участка цепи и выглядит так:

I=U/R, где

I – сила тока;
U – напряжение;
R – сопротивление.

Если резистор имеет постоянное сопротивление независимо от того, какой ток по нему протекает, он имеет название «линейный элемент».

Когда по резистору протекает ток, его сопротивление увеличивается из-за увеличения колебания на молекулярном уровне кристаллической решетки в проводнике. Колебания мешают движению электронов, и в результате энергия теряется понапрасну. Для того чтобы предотвратить перегорание резистора в цепь последовательно ему часто устанавливают предохранитель. Он содержит внутри легкоплавкий проводник, рассчитанный на перегорание при превышении параметров. Перегорая, предохранитель уберегает от повреждения всю схему и экономит, порой, часы при ремонте, так как поменять предохранитель легче, чем искать поврежденный компонент среди десятков таких же.

Узнать больше об электрических цепях можно с помощью видео:

Кто изобрел электрическое уличное освещение
Статическое электричество и защита от него
6 простейших способов определения полярности светодиодов

Обозначения элементов на схеме

Прежде чем приступить к монтажу оборудования необходимо изучить нормативные сопровождающие документы. Схема позволяет донести до пользователя полную характеристику изделия с помощью буквенных и графических обозначений, занесенных в единый реестр конструкторской документации. К чертежу прилагаются дополнительные документы. Их перечень может быть указан в алфавитном порядке с цифровой сортировкой на самом чертеже, либо отдельным листом. Классифицируют десять видов схем, в электротехнике обычно используют три основные схемы.

Функциональная имеет минимальную детализацию. Основные функции узлов изображают прямоугольником с буквенными обозначениями.
Принципиальная схема подробно отображает конструкцию использованных элементов, а также их связи и контакты. Необходимые параметры могут быть отображены непосредственно на схеме или в отдельном документе. Если указана только часть установки, это однолинейная схема, когда указаны все элементы – полная.
В монтажной электрической схеме используют позиционные обозначения элементов, их месторасположение, способ монтажа и очередность.

Для чтения электросхем нужно знать условные графические обозначения. Провода, которые соединяют элементы, изображаются линиями. Сплошная линия – это общее обозначение проводки. Над ней могут быть указаны данные о способе прокладки, материале, напряжении, токе. Для однолинейной схемы группа проводников изображается пунктирной линией. В начале и в конце указывают маркировку провода и место его подключения.

Выключатель на схеме выглядит как кружок с наклоненной вправо чертой. По виду и количеству черточек определяют параметры устройства.

Кроме основных чертежей есть схемы замещения.

Что называется электрической цепью

ЭЦ – это комплекс элементов, при помощи которых создаётся, передаётся и потребляется электрическая энергия. Данные элементы, или участки, содержат источники электрической энергии, а также промежуточные устройства и проводники между ними, обеспечивающие неразрывность соединений.

Как по другому называется электрическая цепь

Источниками электрической энергии являются устройства, вырабатывающие ток путём физических, химических или световых преобразований.

Важно! Приемниками электроэнергии являются устройства, работа которых напрямую зависит от активности источника. Промежуточные элементы с функциональными устройствами служат для передачи электрической энергии от источников к приемникам

В зависимости от назначения, они непосредственно передают энергию с конкретными параметрами источника

Промежуточные элементы с функциональными устройствами служат для передачи электрической энергии от источников к приемникам. В зависимости от назначения, они непосредственно передают энергию с конкретными параметрами источника.

Энергия электрического поля

Рассмотрим систему из двух проводников, на которых распределены равные по модулю, но противоположные по знаку заряды. Опыт показывает, что разность потенциалов между этими проводниками пропорциональна модулю заряда: U=q/C, где С – постоянный коэффициент, определяемый в общем случае размерами проводников, их формой и расположением в пространстве, а также диэлектрической проницаемостью среды, в которую помещены проводники. Величину С, равную отношению заряда системы проводников к разности потенциалов между ними, называют электрической емкостью (короче – электроемкостью) данной системы проводников:

C = q/U

Единицей электроемкости является кулон на вольт (Кл/В). В честь М. Фарадея эта единица получила название фарад (Ф): 1 Ф = 1 Кл/В.

Систему из двух изолированных друг от друга металлических проводников, между которыми находится диэлектрик, называют конденсатором.

Накопление энергии в электрическом поле конденсатора

где

– заряд, Кл;

– напряжение, В;

– электрическая емкость конденсатора, Ф.

Если напряжение источника в цепи конденсатора изменяется, то происходит перераспределение зарядов на его пластинах, что приводит к возникновению тока в цепи:

Мощность конденсатора положительна при его заряде и отрицательна при разряде конденсатора.

Если напряжение возрастает, то i>0. Это значит, что ток и напряжение совпадают по направлению, энергия электрического поля в конденсаторе возрастает.

При убывании напряжения ток также уменьшается, энергия возвращается обратно к источнику.

Величины R(OM), L(Гн), С(Ф) зависят от свойств самого устройства, его конструкции и являются параметрами этого устройства.

Основные компоненты

Инвентор электрического тока

Все составные части в цепи участвуют в одном электромагнитном процессе. Условно их разделяют на три группы.

Первичные источники электрической энергии и сигналов могут преобразовывать энергию неэлектромагнитной природы в электрическую. Например, гальванический элемент, аккумулятор, электромеханический генератор.
Вторичный тип, как на входе, так и на выходе имеет электрическую энергию. Изменяются только ее параметры – напряжение и ток, их форма, величина и частота. Примером могут быть выпрямители, инверторы, трансформаторы.
Потребители активной энергии преобразовывают электрический ток в освещение или тепло. Это электротермические устройства, лампы, резисторы, электродвигатели.
К вспомогательным компонентам относят коммутационные устройства, измерительные приборы, соединительные элементы и провод.

Основой электрической сети является схема. Это графический рисунок, который содержит условные изображения и обозначения элементов и их соединение. Они выполняются согласно ГОСТу 2.721-74 – 2.758-81

Схема простейшей линии включает в себя гальванический элемент. С помощью проводов к нему через выключатель подсоединена лампа накаливания. Для измерения силы тока и напряжения в нее включен вольтметр и амперметр.

Что такое электрические цепи

Электрической цепью называют совокупность устройств, необходимых для прохождения по ним электрического тока

Электрическая цепь – это комплекс различных элементов, соединенных между собой. Она предназначена для протекания электрического тока, где происходят переходные процессы. Движение электронов обеспечивается наличием разности потенциалов и может быть описано при помощи таких терминов, как напряжение и сила тока.

Внутренняя цепь обеспечивается подключением напряжения, как источника питания. Остальные элементы образуют внешнюю сеть. Для движения зарядов в источнике питания поля потребуется приложение сторонней силы. Это может быть обмотка генератора, трансформатора или гальванический источник.

Чтобы такая система правильно функционировала, ее контур должен быть замкнутый, иначе ток протекать не будет. Это обязательное условие для согласованной работы всех устройств. Не всякий контур может быть электрической цепью. Например, линии заземления или защиты не являются таковыми, поскольку в обычном режиме по ним не проходит ток. Назвать их электрическими можно по принципу действия. В аварийной ситуации по ним проходит ток, а контур замыкается, уходя в грунт.

Активные и пассивные элементы электрической цепи

Элементы, входящие в состав электрических цепей, могут быть активными и пассивными. Основным признаком активных составляющих, считается их способность отдавать электроэнергию. Типичными представителями являются генераторы и другие источники электроэнергии, усилители электрических сигналов и другие. Пассивными элементами считаются различные виды потребителей и накопителей электрической энергии. К ним относятся конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности и другие двухполюсные устройства. Существует многополюсная аппаратура, функционирующая на базе двухполюсных элементов.

Все активные элементы электрической цепи могут быть независимыми и зависимыми. В первую категорию входят источники напряжения и тока. В свою очередь, источник напряжения считается идеализированным элементом цепи, у которого напряжение на зажимах не зависит от протекающего через него электрического тока, а внутреннее сопротивление имеет нулевое значение. Источник тока также является безупречным элементом, у которого ток не зависит от напряжения на зажимах, а значение внутреннего сопротивления стремится к бесконечности.

Зависимые источники напряжения и тока именуются таковыми, когда эти величины зависят от параметров напряжения и тока на другом участке цепи. Типичными представителями являются электролампы, транзисторы, усилители, функционирующие в линейном режиме. Основные пассивные элементы электрической цепи представлены резисторами, индуктивными катушками и конденсаторами, с помощью которых регулируются параметры тока и напряжения на отдельных участках.

Резистивное сопротивление относится к идеализированным элементам цепи. Его основным свойством является необратимое рассеивание энергии. Зависимость напряжения и тока резистивного сопротивления выражается формулами: u = iR, i = Gu, в которых R является сопротивлением, измеряемым в Омах, а G – проводимостью, измеряемой в сименсах. Соотношение этих величин между собой выражено формулой R = 1/G.

Идеализированные индуктивные элементы цепи способны накапливать энергию магнитного поля. Основным параметром считается линейная индуктивность, находящаяся в линейной зависимости между магнитным потоком и током, графически представляющая собой вебер-амперную черту. Индуктивность является также и коэффициентом пропорциональности, измеряемом в Генри.

Ёмкостные элементы – конденсаторы обладают свойством накапливать энергию электрического поля. Показатель линейной емкости представляет собой линейную зависимость между зарядом и напряжением, выраженной формулой q = Cu.

Трехфазные электрические цепи

Любая трехфазная система состоит из трех отдельных электрических цепей, в каждой из которых действует синусоидальная электродвижущая сила с одинаковой частотой, создаваемая одним и тем же источником энергии. Необходимая энергия обычно создается трехфазным генератором. Между цепями образуется сдвиг на 120 градусов.

Основным преимуществом трехфазной цепи считается ее уравновешенность. Она заключается в суммарной мгновенной мощности, принимающей постоянную величину на все время действия ЭДС. В самом трехфазном генераторе существует три самостоятельные обмотки, сдвинутые относительно друг друга на 120 градусов, так же как и начальные фазы электродвижущей силы.

Если для соединения каждой фазы использовать отдельный провод, то в конечном итоге это привело бы к созданию несвязной системы из шести проводников. Прежде всего, это невыгодно с точки зрения экономии, поскольку получается значительный перерасход материалов. Поэтому были разработаны наиболее оптимальные связанные системы соединения трехфазных электрических цепей.

Одним из таких способов является соединение звездой, когда все три фазы обмоток соединяются в общей нулевой точке. Таким образом, получается трех- или четырехпроводная система. В последнем варианте предполагается использование нулевого провода. Он может не применяться при наличии симметричной системы, с одинаковыми токами фаз. Однако в случае несимметричной нагрузки с разницей фазных токов, в нулевом проводе создается ток, равный сумме векторов этих фазных токов. При выходе из строя одной из фаз, нулевой провод может заменить ее и предотвратить аварийную ситуацию в трехфазной цепи. Однако в этом качестве его можно использовать лишь кратковременно, поскольку данный провод рассчитан на более низкие нагрузки, по сравнению с фазами.

Другой способ – соединение треугольником, когда конец одной обмотки соединяется с началом другой, образуя, таким образом, замкнутый контур. Каждая фаза находится под линейным напряжением, равным фазному напряжению. Однако фазный ток будет отличаться от линейного в меньшую сторону в 1,72 раза.

Схема электрической цепи

Буквенные обозначения элементов на электрических схемах

Мощность электрического тока

Расчет электрической цепи

Трехфазная система переменного тока

Графическое изображение

Реальную или виртуальную электрическую цепь можно изобразить на рисунке. Называется она принципиальной или электрической схемой. Различие между ними в том, что на первой чертят основные блоки и их соединение, а на второй — указывают расположение и подключение.

По сути, схема является графическим изображение электрической цепи. Для обозначения тех или иных элементов используют специальные условные символы. Их рисунок имеет свой стандарт, так что любой разбирающийся в электронике или электрике сможет понять для чего предназначена та или иная схема.

В России черчение всех типов электронных узлов выполняют согласно ГОСТ 2 .702−2011.

Например, простейшее обозначение имеют проводники — прямая линия. С их помощью показывают, как соединяются элементы. Они являются основой для любой электрической схемы. Кроме проводников и непосредственно самих элементов, в схеме всегда есть ещё два условных параметра:

ветвь — участок по которому протекает одинаковый ток;
узел — точка в которой присоединяются более двух ветвей.

Часто в условно-графическом обозначении общий провод, то есть проводник, по которому ток возвращается к генератору, обозначают специальным символом. Называют его «минус». Рисуют такое соединение с помощью двух перпендикулярных линий, подключённых к выводу блока. Направление тока на схемах не указывают, но возле некоторых элементов ставят знак плюс или используют другое обозначение положительного вывода.

Отдельно следует отметить схемы замещения. Их используют для удобства, заменяя реальное устройство эквивалентными пассивными радиоэлементами. Такой подход применяют, когда нужно выполнить расчёт параметров полной электросхемы или какой-то её части. Отдельные блоки на схемах очерчивают пунктирными линиями. С их помощью объединяют части цепи по функциональному признаку. Например, разделяют силовую часть от вторичной, логическую от преобразовательной.

Виды цепей

Чтобы успешно пользоваться электросхемами, необходимо иметь представление, какую электрическую цепь называют замкнутой и разомкнутой.

Замкнутой называют непрерывную цепь, состоящую из электроприборов и проводников. Как только она прерывается – становится разомкнутой. В таком состоянии она неспособна проводить ток, хотя в ней может быть напряжение, так как в ней появляется диэлектрик. В подавляющем большинстве случаев в качестве такого диэлектрика выступает обычный атмосферный воздух. На этом принципе работают приборы, предназначенные для размыкания – выключатели, рубильники, предохранители, кнопки.

Неразветвленной называют электрическую цепь, состоящую из источника и последовательно соединенных компонентов. Важнейшим признаком здесь является то, что во всех участках ток имеет одинаковую величину. Разветвленной – имеющую в своем составе одно или несколько параллельно соединенных компонентов.

Каждая может иметь одновременно несколько классификаций и названий:

силовой – называют соединение приборов, необходимых для производства, передачи электроэнергии, ее преобразования или потребления;
вспомогательной – ту, которая имеет разные функциональные назначения, но которая не является силовой;
измерительной – называют необходимую для регистрации параметров сети и включенных в нее приборов;
управляющей – называют приводящую в действие приборы или изменяющую их параметры в зависимости от общего предназначения;
сигнализирующей называют приводящую в действия сигнальные устройства, показывающие на наличие тех или иных изменений.

Простейшей электрической цепью является источник, соединенный проводниками с электропотребителем, а простой называют любую одноконтурную. Сложными называются цепи, имеющие два и более контура. Они в свою очередь делятся на многоузловые, многоконтурные, объемные и плоскостные.

Условные обозначения источников электрической энергии и элементов цепей

Условное обозначение	Элемент
	Идеальный источник ЭДС Е – электродвижущая сила, Е = const Ro = 0 – внутреннее сопротивление
	Идеальный источник тока I = const Rвн- внутреннее сопротивление источника тока, Rвн>>Rнаг
	Активное сопротивление R = const
	Индуктивность L = const
	Емкость С = const

К химическим источникам тока относят гальванические элементы и аккумуляторы. В них заряды переносятся в результате химических реакций. При этом в гальваническом элементе реагенты расходуются необратимо, а в аккумуляторе они могут восстанавливаться путем пропускания через аккумулятор электрического тока противоположного направления от других источников.

Источники электрической энергии относятся к группе активных элементов электротехнических устройств. Если Rо=0 и электродвижущая сила (ЭДС) Е=const, то источник называется идеальным. Аккумуляторная батарея по своим параметрам близка к идеальному источнику ЭДС.

К группе пассивных элементов относятся: активное сопротивление R, индуктивность L и емкость С.

В электротехнических устройствах одновременно протекают три энергетических процесса:

1 В активном сопротивлении в соответствии с законом Джоуля – Ленца происходит преобразование электрической энергии в тепло.

Мощность, по определению равна отношению работы к промежутку времени, за который эта работа совершается. Следовательно, мощность тока для участка цепи

p = A/t = ui

Полная мощность, вырабатываемая генератором, равна

где R- полное сопротивление замкнутой цепи, называемое омическим или активным;

Р, I – мощность и ток в цепи постоянного тока.

р, i, и – мгновенные значения активной мощности, тока и напряжения в цепи переменного тока,

g – активная проводимость или величина, обратная сопротивлению g=1/R измеряется в сименсах (См).

В соответствии с законом сохранения энергии работа есть мера изменения различных видов энергии. Так, в электродвигателе за счет работы тока возникает механическая энергия, протекают химические реакции и т. д. На резисторах происходит необратимое преобразование энергии электрического тока во внутреннюю энергию проводника.

Если в проводнике под действием тока не происходит химических реакций, то температура проводника должна измениться. Изменение внутренней энергии проводника (количество теплоты) Q равно работе А, которую совершает суммарное поле при перемещении зарядов:

Q = А = uit

Воспользовавшись законом Ома, получим два эквивалентных выражения:

Это и есть закон Джоуля – Ленца.

Если нужно сравнить два резистора по характеру тепловых процессов, происходящих в них, то нужно предварительно выяснить: протекает ли по ним одинаковый ток или они находятся под одинаковым напряжением?

Если по двум резисторам протекают одинаковые токи, то согласно формуле за одно и то же время больше возрастает внутренняя энергия резистора с большим сопротивлением. С таким случаем мы встречаемся, например, в цепи с последовательным соединением резисторов. Последнее обстоятельство следует учитывать при включении в сеть нагрузки (электроплиток, утюгов, электродвигателей и т. д.). Сопротивление подводящих проводов при этом должно быть значительно меньше, чем сопротивление нагрузки. При несоблюдении этого условия в проводах выделится большое количество теплоты, что может привести к их загоранию.

Если же оба резистора находятся под одинаковым напряжением, то согласно формуле быстрее будет нагреваться резистор с меньшим сопротивлением. Такой эффект, в частности, наблюдают при параллельном соединении резисторов.

Термин “сопротивление” применяется для условного обозначения элемента электрической цепи и для количественной оценки величины R.

Сопротивление измеряется в омах (Ом). 1 Ом – это сопротивление проводника, сила тока в котором равна 1 А, если на концах его поддерживается разность потенциалов 1 В:

1 Ом = 1 В/1 А

Электрическое сопротивление R материалов с изменением температуры меняется. Сопротивление металлических проводников линейно возрастает с температурой. У полупроводников и электролитов с увеличением температуры удельное сопротивление уменьшается, причем нелинейно.

Для сравнения проводников по степени зависимости их сопротивления от температуры t вводится величина a, называемая температурным коэффициентом сопротивления. Отсюда

Для практических расчетов в электрических цепях величину R можно принимать постоянной. В этом случае зависимость напряжения на сопротивлении R от силы тока (вольт-амперная характеристика) будет называться линейной. Электрические цепи, в которые включены постоянные по величине сопротивления, также будут линейными.

Методы соединения проводов

В соответствии с п.2.1.21. ПУЭ, соединение проводов можно осуществлять только методами сварки, пайки, опрессовки и сжимов. Как видим, излюбленный метод доморощенных электриков, скрутка, не входит в перечень разрешенных методов соединения.

А из всех представленных разрешенных методов наиболее оптимальным для использования в домашних условиях является сжим. Это может быть винтовое, болтовое или пружинное соединение.

Итак:

Для монтажа болтовых и винтовых соединений промышленность сейчас выпускает большое количество самых разнообразных клеммных соединений. Их цена достаточно не велика, а удобство монтажа находится на высоком уровне.
Отдельно хотелось бы сказать о пружинных клеммах. Я сам не являюсь сторонников пружинок, распорок и тому подобных соединений, но как-то раз довелось стать свидетелем испытаний одного из таких клеммников.
Это были клеммы WAGO. На испытательной установке мы плавно поднимали ток, протекающий через клемму, пока наш медный провод в 4 мм2 не перегорел. При этом величина тока составляла 100А. После этого мы достали клеммник и не обнаружили на нем никаких дефектов. Это заставило изменить мое мнение о таких пружинных клеммниках, и поэтому вам я советую присмотреться к ним повнимательнее.
Так же стоит отметить, что отдельным преимуществом таких клеммников является возможность соединения алюминиевых и медных проводов. В обычных же условиях это можно осуществлять только через латунную вставку.

Энергия электромагнитного поля

Опыт показывает, что в контуре из двух электроламп, соленоида и реостата при отключении источника тока еще некоторое время течет электрический ток, причем сила тока со временем уменьшается от некоторого начального значения до нуля.

Одновременно с током, как известно, исчезает и магнитное поле тока. Так как никаких других источников энергии, которые поддерживали бы электрический ток в контуре, нет, то остается предположить, что энергией обладает само магнитное поле. Найдем начальную энергию W магнитного поля, считая, что она расходуется на индуцирование э. д. с. и тока самоиндукции в контуре, когда магнитный поток убывает от некоторого начального значения до нуля.

Бесконечно малое изменение энергии поля равно элементарной работе тока в контуре:

Но э. д. с. самоиндукции , а сила тока i=dQ/dt. Отсюда

dW = – Lidi

Знак минус указывает, что энергия поля уменьшается. Интегрируя это выражение, находим

где

-потокосцепление;

– индуктивность или коэффициент пропорциональности между током и потокосцеплением;

– ток через катушку.

Потокосцеплением самоиндукции y цепи называется сумма произведений магнитных потоков, обусловленных только током в этой цепи, на число витков, с которыми они сцеплены.

Если все витки пронизываются одним и тем же магнитным потоком Ф, то потокосцепление равно произведению магнитного потока на число витков y=Фw, а w = nI, где I-длина соленоида, n – густота обмотки.

В СИ потокосцепление измеряется в веберах, индуктивность – в генри.

Генри – это индуктивность соленоида, в котором при силе тока 1 А создается магнитный поток 1 Вб.

Зависимость потокосцепления от тока может быть постоянной (линейная зависимость) или нелинейной.

При изменении тока изменяется потокосцепление и в катушке наводится ЭДС самоиндукции:

Знак минус показывает, что ЭДС противодействует изменению тока в цепи.

Напряжение и мощность индуктивности равны:

Мощность может быть как положительной (при намагничивании), так и отрицательной (при размагничивании).

При нарастании тока , направления тока и напряжения совпадают, в индуктивности запасается энергия магнитного поля.

При убывании тока , направления тока и напряжения не совпадают, энергия магнитного поля в индуктивности убывает, возвращается обратно к источнику.

Явление самоиндукции можно наблюдать на опыте, собрав цепь с источником постоянного тока и двумя параллельными ветвями (смотри рисунок выше). Одна ветвь состоит из электролампы Л1 и реостата R, другая – из такой же электролампы Л2 и соленоида. С помощью реостата в обеих ветвях устанавливают одинаковую силу постоянного тока. После включения рубильника видно, что лампа Л2 начинает светиться позже, чем лампа Л1. Это объясняется тем, что в соленоиде индуцируется э. д. с. самоиндукции, препятствующая некоторое время нарастанию силы тока. У разных соленоидов время нарастания силы тока оказывается различным, так как вокруг каждого из них создаются разной величины магнитные потоки, которые индуцируют различные э. д. с. самоиндукции.

Независимый контур

Электрическая цепь характеризуется совокупностью элементов, из которых она состоит, и способом их соединения. Соединение элементов электрической цепи наглядно отображается ее схемой. Рассмотрим для примера две электрические схемы рис. Ветвью называется участок цепи, обтекаемый одним и тем же током. Узел — место соединения трех и более ветвей.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Что такое электрическая схема, ветвь, узел, контур.

Что такое электрическая схема, ветвь, узел, контур.

Метод контурных токов

Новости недвижимости

Стрелка в системе отопления зачем нужна

Электрическая цепь и её элементы. Электрическая схема, понятия: ветвь, узел, контур.

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Урок 353. Колебательный контур

Что такое электрическая схема, ветвь, узел, контур.

Цель работы: освоение методов анализа линейных электрических цепей постоянного тока. Номер варианта соответствует номеру в учебном журнале. Формулы, расчёты, диаграммы должны сопровождаться необходимыми пояснениями и выводами. Полученные значения сопротивлений, токов, напряжений и мощностей должны заканчиваться единицами измерения в соответствии с системой СИ.

Независимый контур имеющий хотя бы одну новую ветвь. Баланс сходится при условии равенства уравнений мощностей источника и приемника, т. Последовательное соединение , когда ток в каждом элементе один и тот же. Соединение, при котором все участки цепи присоединяются к одной паре узлов, находящихся под воздействием одного и того же напряжения. Параллельная цепь является делителем тока;. Решение любой задачи с одним источником питания с помощью законов Ома, Кирхгофа и умением сворачивания схемы.

Самый точный метод, но с его помощью можно определять параметры схемы с небольшим количеством контуров Определить количество узлов q , ветвей p и независимых контуров;. Установить число независимых уравнений по 1-ому закону Кирхгофа q – 1 и составить их, где q-количество узлов;.

Решая совместно уравнения, определяем недостающие параметры цепи;. По полученным данным производится проверка расчетов, подставляя значения в уравнения по 1-ому и 2-ому законам Кирхгофа или составив и рассчитав баланс мощностей.

Используя этот метод, сокращается число уравнений, а именно исключаются уравнения по 1-ому закону Кирхгофа. Вводится понятие контурный ток таких токов в природе не бывает — это виртуальное понятие , составляются уравнения по второму закону Кирхгофа.

Контурные токи обозначены I м , I н , I л , заданы их направления, как показано на рис. Зная контурные токи, определяем действительные токи схемы см.

Ток в любой ветви схемы можно найти по обобщённому закону Ома. Для этого необходимо определить потенциалы узлов схемы. Составление формул для расчета токов осуществляется в соответствии с правилами знаков ЭДС и напряжений, при расчете по обобщенному закону Ома см. Метод двух узлов это частный случай метода узловых потенциалов. Применяется в случае, когда схема содержит только два узла параллельное соединение.

Данный метод применяется, когда необходимо рассчитать параметры одной ветви в сложной схеме. Определить эквивалентное сопротивление полученной схемы R экв. Распределение потенциалов в электрической цепи можно представить с помощью потенциальной диаграммы. Последовательно обходим выбранный контур. Если построение диаграммы начали в точке 1, то и закончиться она должна в этой же точке 1.

Скачки потенциала на графике соответствуют включенным в цепь источникам напряжения. Определение показаний приборов. Вольтметр измеряет напряжение разность потенциалов между двумя точками в электрической цепи.

Для определения показания вольтметра необходимо составить уравнение по второму закону Кирхгофа по контуру, в который входит измеряемое напряжение. Ваттметр показывает мощность участка электрической цепи, которая определяется по закону Джоуля — Ленца. Составляем уравнения по законам Кирхгофа: уравнений по 1-ому закону Кирхгофа равно 2, а уравнений по 2-ому закону Кирхгофа равно 3 для узлов а и b.

Для контуров выбираем обходы по часовой стрелке:. Так как три контура, то будет три контурных тока I 11 , I 22 , I Направления этих токов выбираем по часовой стрелке рис 3. Запишем настоящие токи через контурные:. По обобщенному закону Ома определяем токи в ветвях. Если ток по обходу, то падение напряжения на резисторе, т. Цель работы: освоение анализа электрических цепей однофазного синусоидального тока с использованием символического метода.

Определить коэффициент мощности цепи. Рассчитать напряжения и ток, построить векторную диаграмму. Рассчитать напряжение и токи, построить векторную диаграмму. Схема представлена в приложении 2. Перевести картинку с результатами в Word. Амперметры убрать из ветвей. Подключить вольтметр и ваттметр и измерить напряжение и мощность.

Результаты включить в отчет. Аналитическое выражение мгновенных значений тока, ЭДС и напряжения определяется тригонометрической функцией:. Временную функцию можно представить в виде временной диаграммы, которая полностью описывает гармоническую функцию, то есть дает представление о начальной фазе, амплитуде и периоде частоте.

При рассмотрении нескольких функций электрических величин одной частоты интересуются фазовыми соотношениями, называемой углом сдвига фаз. На практике используют не мгновенные значения электрических величин, а действующие значения. Действующим значением называют среднеквадратичное значение переменной электрической величины за период.

Расчет электрических цепей с использованием тригонометрических функций весьма сложен и громоздок, поэтому при расчете электрических цепей синусоидального тока используют математический аппарат комплексных чисел. Комплексные действующие значения записываются в виде:. Синусоидальные электрические величины, представленные в комплексной форме, можно изображать графически.

Длина каждого вектора пропорциональна модулю действующих значений. Угловое положение вектора определяется аргументом комплексного числа. При этом отсчет положительного угла ведется против часовой стрелки от положительной действительной полуоси. Напряжение в алгебраической форме записывается:. Комплексное сопротивление выражается через комплексные действующие значения напряжения и тока в соответствии с законом Ома:. Таблица 1. При выполнении реальных расчетов мощности источников и приемников могут несколько отличаться.

Эти погрешности обусловлены погрешностями метода, округления результатов расчётов. Точность выполненного расчета схемы оценивают с помощью относительной погрешности при вычислении баланса активных мощностей. Электрооборудование энергетически выгодно эксплуатировать, если он совершает максимальную работу. Работа в электрической цепи определяется активной мощностью Р.

Коэффициент мощности показывает, насколько эффективно используется генератор или электрооборудование. Резонансная частота. Условие резонанса токов: разность реактивных проводимостей параллельных ветвей равна 0. Рассчитываем ток в комплексной форме по закону Ома в соответствии со схемой рисунок Используем рассчитанные мощности, которые найдены при расчёте баланса.

Выбираются удобные для построения масштабы для токов и напряжений. Сложения векторов осуществляется по правилу параллелограмма. Амперметр измеряет ток, проходящий через его обмотку. Вольтметр показывает действующее значение напряжения между двумя точками электрической цепи, к которым он подключен. В рассматриваемом примере рис.

Ваттметр измеряет активную мощность, которая расходуется на участке цепи, заключенном между точками, к которым подключена обмотка напряжения ваттметра, в нашем примере рис. Или рассчитываем полную комплексную мощность. Например, схема замещения представляет RL цепь.

Тогда необходимо добавить последовательно включённый конденсатор С — элемент. Тогда необходимо добавить параллельно включённый конденсатор С — элемент. Рассчитать проводимости ветвей, токи и напряжения, при выполнении условия резонанса. Построить векторную диаграмму, см.

Сборка схемы в среде Multisim Панель приборов располагается справа. Разместить на рабочем поле необходимые для схемы элементы. Рисунок 7.

В Multisim используются стандартные приставки системы СИ см. Таблицу 1. Все элементы можно поворачивать для более удобного и наглядного расположения на рабочем поле. Для этого необходимо навести курсор на элемент и нажать левую кнопку мыши. Размещённые на поле элементы необходимо соединить проводами. Для этого наводим курсор на клемму одного из элементов, нажимаем левую кнопку мыши.

Появляется провод, обозначенный пунктиром, подводим его к клемме второго элемента и снова нажимаем левую кнопку мыши. Проводу так же можно придавать промежуточные изгибы, обозначая их кликом мыши см. Рисунок 8.

Что такое электрическая схема, ветвь, узел, контур.

Рассмотрим расчет мощности при соединении приемников по схеме четырехпроводной звезды и допустим, что нагрузка несимметрична. Если учесть, что сопротивление нейтрального провода не равно нулю и активное, то имеем. Чтобы использовать эти явления, в рабочем объеме названных электротехнических устройств, необходимо создать магнитное поле заданной интенсивности и конфигурации. При этом необходимо учесть, что одинаковые формулы для подсчета мощности не означают одинаковые численные значения. Применим вышеизложенную методику для нашей схемы замещения, но положительные направления контурных токов выберем против часовой стрелки.

В электрической цепи выделяют ветви, узлы и контуры. Все контуры в электрической цепи можно разделить на независимые и зависимые. Контуры.

Метод контурных токов

Метод контурных токов — метод расчёта электрических цепей, при котором за неизвестные принимаются токи в контурах, образованных некоторым условным делением электрической цепи. Любая электрическая цепь , состоящая из Р рёбер ветвей, участков, звеньев и У узлов, может быть описана системой уравнений в соответствии с 1-м и 2-м правилами Кирхгофа. Поскольку независимыми переменными в цепи считаются токи рёбер, число независимых переменных равно числу уравнений, и система разрешима. Существует несколько методов сократить число уравнений в системе. Одним из таких методов является метод контурных токов. Метод использует тот факт, что не все токи в рёбрах цепи являются независимыми. Наличие в системе У —1 уравнений для узлов означает, что зависимы У —1 токов. Если некоторое ребро принадлежит только одному контуру, реальный ток в нём равен контурному. Если же ребро принадлежит нескольким контурам, ток в нём равен сумме соответствующих контурных токов с учётом направления обхода контуров. Поскольку независимые контура покрывают собой всю схему то есть любое ребро принадлежит хотя бы одному контуру , то ток в любом ребре можно выразить через контурные токи, и контурные токи составляют полную систему токов.

Новости недвижимости

Том Budgen родился 19 мая является голландским профессиональным борцом. Budgen известен тем , что расширенный опыт в боевых искусствах , и соревновались в различных боевых искусств , таких как кикбоксинг и Пенчак Силата от возраста 9 до Он до сих пор тренируется по кикбоксингу и по сей день. Он приспособил большую часть его фона в его стиль, придавая ему уникальную способность поразительной, и известен с использованием комбинации разрушительной поразительной закончить противник.

Следовательно, форма независимых контуров определяется структурой выбранного дерева. К – число независимых контуров , В – ветвей, У – узлов, С – самостоятельных частей.

Стрелка в системе отопления зачем нужна

Основными элементами топологии электрических цепей являются узел, ветвь и контур. Узел — это точка электрической цепи, где сходится не менее трех ветвей. В качестве примера на рис. Узлы в схеме, показанной на рис. Ветвь — это участок электрической цепи с последовательным соединением элементов, расположенный между двумя узлами.

Электрическая цепь и её элементы. Электрическая схема, понятия: ветвь, узел, контур.

Электрической цепью называют совокупность источников питания генераторы, гальванические элементы, аккумуляторные батареи и др. Источники питания, приемники электрической энергии, соединяющие их провода являются основными элементами электрической цепи. К элементам цепи относятся также аппараты управления автоматы, контакторы, магнитные пускатели и др. Графическое изображение элементов электрической цепи с помощью условных обозначений согласно действующему ГОСТу называется электрической схемой. Ниже приведены некоторые условные обозначения элементов электрической цепи. Независимый контур — это такой, в который входит хотя бы одна ветвь, не входящая в другие контуры. R — омическое сопротивление — параметр, характеризующий свойства элемента преобразовывать электрическую энергию в другие виды энергии световую, тепловую, механическую и др. Е — электродвижущая сила ЭДС — параметр, указывающий на способность элемента создавать и поддерживать разность потенциалов на отдельных участках цепи, а также возбуждать и поддерживать электрический ток в замкнутой цепи.

Контур – замкнутый путь, в котором один из узлов является начальным и . “ дерева”: дерево позволяет образовать независимые контуры и сечения и.

Форум Список пользователей Все разделы прочитаны Справка Расширенный поиск. Показано с 1 по 10 из Oak Просмотр профиля Сообщения форума Личное сообщение Просмотр статей. Жидкость плохая – меряем уровень датчиком давления внизу.

Пример 1. На рис. Необходимо перейти к схеме с источником ЭДС. Составляем схему с источником ЭДС. Она изображена на рис.

Электрическая схема представляет собой графическое изображение электрической цепи.

Электрическая цепь — это совокупность устройств элементов и соединяющих их проводников, по которым может протекать электрический ток. Все элементы электрических цепей делят на пассивные и активные. Активные элементы преобразуют различные виды энергии механическую, химическую, световую и т. На пассивных элементах электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии. Активные элементы называют источниками, пассивные — потребителями или приемниками.

Электрическая цепь и её элементы. Электрическая схема, понятия: ветвь, узел, контур. Электрическая цепь – совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятии об электродвижущей силе, токе и напряжении.

Метод контурных токов.Решение задач

ТОЭ примеры решения метод

Один из методов анализа электрической цепи является метод контурных токов. Основой для него служит второй закон Кирхгофа. Главное его преимущество это уменьшение количества уравнений до m – n +1, напоминаем что m – количество ветвей, а n – количество узлов в цепи. На практике такое уменьшение существенно упрощает расчет.

Основные понятия

Контурный ток – это величина, которая одинакова во всех ветвях данного контура. Обычно в расчетах они обозначаются двойными индексами, например I₁₁, I₂₂ и тд.

Действительный ток в определенной ветви определяется алгебраической суммой контурных токов, в которую эта ветвь входит. Нахождение действительных токов и есть первоочередная задача метода контурных токов.

Контурная ЭДС – это сумма всех ЭДС входящих в этот контур.

Собственным сопротивлением контура называется сумма сопротивлений всех ветвей, которые в него входят.

Общим сопротивлением контура называется сопротивление ветви, смежное двум контурам.

Общий план составления уравнений

1 – Выбор направления действительных токов.

2 – Выбор независимых контуров и направления контурных токов в них.

3 – Определение собственных и общих сопротивлений контуров

4 – Составление уравнений и нахождение контурных токов

5 – Нахождение действительных токов

Итак, после ознакомления с теорией предлагаем приступить к практике! Рассмотрим пример.

Выполняем все поэтапно.

1. Произвольно выбираем направления действительных токов I₁-I₆.

2. Выделяем три контура, а затем указываем направление контурных токов I₁₁,I₂₂,I₃₃. Мы выберем направление по часовой стрелке.

3. Определяем собственные сопротивления контуров. Для этого складываем сопротивления в каждом контуре.

R₁₁=R₁+R₄+R₅=10+25+30= 65 Ом

R₂₂=R₂+R₄+R₆=15+25+35 = 75 Ом

R₃₃=R₃+R₅+R₆=20+30+35= 85 Ом

Затем определяем общие сопротивления, общие сопротивления легко обнаружить, они принадлежат сразу нескольким контурам, например сопротивление R₄ принадлежит контуру 1 и контуру 2. Поэтому для удобства обозначим такие сопротивления номерами контуров к которым они принадлежат.

R₁₂=R₂₁=R₄=25 Ом

R₂₃=R₃₂=R₆=35 Ом

R₃₁=R₁₃=R₅=30 Ом

4. Приступаем к основному этапу – составлению системы уравнений контурных токов. В левой части уравнений входят падения напряжений в контуре, а в правой ЭДС источников данного контура.

Так как контура у нас три, следовательно, система будет состоять из трех уравнений. Для первого контура уравнение будет выглядеть следующим образом:

Ток первого контура I₁₁, умножаем на собственное сопротивление R₁₁ этого же контура, а затем вычитаем ток I₂₂, помноженный на общее сопротивление первого и второго контуров R₂₁ и ток I₃₃, помноженный на общее сопротивление первого и третьего контура R₃₁. Данное выражение будет равняться ЭДС E₁ этого контура. Значение ЭДС берем со знаком плюс, так как направление обхода (по часовой стрелке) совпадает с направление ЭДС, в противном случае нужно было бы брать со знаком минус.

Те же действия проделываем с двумя другими контурами и в итоге получаем систему:

В полученную систему подставляем уже известные значения сопротивлений и решаем её любым известным способом.

5. Последним этапом находим действительные токи, для этого нужно записать для них выражения.

Контурный ток равен действительному току, который принадлежит только этому контуру. То есть другими словами, если ток протекает только в одном контуре, то он равен контурному.

Но, нужно учитывать направление обхода, например, в нашем случае ток I2 не совпадает с направлением, поэтому берем его со знаком минус.

Токи, протекающие через общие сопротивления определяем как алгебраическую сумму контурных, учитывая направление обхода.

Например, через резистор R₄ протекает ток I₄, его направление совпадает с направлением обхода первого контура и противоположно направлению второго контура. Значит, для него выражение будет выглядеть

А для остальных

Так решаются задачи методом контурных токов. Надеемся что вам пригодится данный материал, удачи!

Рекомендуем – Метод двух узлов

В любом замкнутом контуре разветвленной электрической цепи

До сих пор нами рассматривались простейшие электрические цепи, состоящие из одного замкнутого неразветвленного контура. На всех его участках силы тока одинаковы. Расчет I, R, e в такой цепи выполняется с помощью законов Ома.

Рис.2.2.Разветвленная электрическая цепь.

Более сложной является разветвленная электрическая цепь, состоящая из нескольких замкнутых контуров, имеющих общие участки. В каждом контуре может быть несколько источников тока. Силы тока на отдельных участках замкнутого контура могут быть различными по величине и направлению (рис.2.2). В 1847 г. Г.Кирхгоф сформулировал два правила, значительно упрощающих расчет разветвленных цепей.

Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма сил токов в узле равна нулю: . Узел — точка цепи, в которой сходятся не менее трех проводников. В электрической цепи на рис.2.2 имеются два узла А и В. Ток, входящий в узел, считается положительным, выходящий — отрицательным. Например, для узла А первое правило Кирхгофа следует записать .

Первое правило выражает закон сохранения электрического заряда, так как ни в одной точке цепи они не могут возникать или исчезать.

Второе правило Кирхгофа относится к любому замкнутому контуру, выделенному в разветвленной цепи: алгебраическая сумма произведений токов на сопротивления, включая и внутренние, на всех участках замкнутого контура равна алгебраической сумме электродвижущих сил, встречающихся в этом контуре . Контур ‑ это замкнутый участок схемы, по которому можно пройти и вернуться в исходную точку. Второе правило Кирхгофа получается из закона Ома, записанного для всех участков от узла до узла (ветвей) разветвленной схемы. В электрической цепи на рис.2.2 имеются три контура: AMNBA, CABDC, CMNDC. При этом, токи I_i в ветвях контура, совпадающие с произвольно выбранным направлением обхода контура, считаются положительными, а направленные навстречу обхода — отрицательными. Э.д.с., проходимые от «+» к «-» считаются положительными и наоборот. В рассматриваемой электрической цепи (рис.2.2) выберем обход контуров по часовой стрелке и запишем для них уравнения по II правилу Кирхгофа: для AMNBА ; для CABDС ; для CMNDС . В данном примере внутренними сопротивлениями источников тока пренебрегаем. Первое и второе правила Кирхгофа позволяют составить систему линейных алгебраических уравнений, которые связывают параметры (I, R, ) и позволяют, зная одни, найти другие.

Простые электрические цепи имеют очень большое практическое применение. В повседневной жизни полезно знать, как подключить динамики или проигрыватель к стереосистеме, как подсоединить сигнализацию для охраны или автомобильный кассетный проигрыватель, как зарядить аккумуляторы или осветить новогоднюю елку.

Большинство электрических цепей содержит комбинацию последовательно или параллельно подключенных резисторов (резистор — это элемент цепи, обладающий только сопротивлением). Полное сопротивление участка цепи определяется отношением падения напряжения на нем к величине силы тока . При последовательном соединении (рис.2.3 а) через все резисторы течет один и тот же ток. При параллельном соединении (рис.2.3 б) полный ток равен сумме токов, текущих в отдельных резисторах.

При последовательном соединении падение напряжения на участке АВ равно , т.е. сумме падений напряжения на трех резисторах. Разделим обе части равенства на I и получим , т.е. . Таким образом, полное сопротивление участка цепи, состоящего из последовательно соединенных резисторов, равно их алгебраической сумме .

При параллельном соединении (рис..2.3 б) мы имеем . Разделим обе части равенства на U, где U — падение напряжения на участке цепи АВ, причем , и получим . Из этого равенства следует . Величина обратная полному сопротивлению параллельно соединенных резисторов равна алгебраической сумме величин их обратных сопротивлений .

В электрическую цепь может быть включено регулируемое (изменяющееся с помощью специального движка), сопротивление, которое называется реостатом. По назначению реостаты делятся на пусковые, служащие для ограничения силы тока во время пуска двигателей, и регулирующие — для регулировки силы тока в цепи (постепенное снижение освещенности в театральных залах), регулировки скорости вращения электродвигателей и т. д. Реостат может быть использован в качестве так называемого датчика перемещения. В автоматических регуляторах уровня жидкости в резервуарах применяется поплавково-реостатный датчик. Специальный поплавок крепится к движку реостата. Изменение уровня жидкости сдвигает поплавок, изменяет сопротивление реостата, и следовательно, силы тока в цепи, величина которого дает информацию об уровне.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась — это был конец пары: “Что-то тут концом пахнет”. 8422 — | 8038 — или читать все.

См. также: Портал:Физика

Пра́вила Кирхго́фа (часто в технической литературе ошибочно называются Зако́нами Кирхго́фа) — соотношения, которые выполняются между токами и напряжениями на участках любой электрической цепи.

Решения систем линейных уравнений, составленных на основе правил Кирхгофа, позволяют найти все токи и напряжения в электрических цепях постоянного, переменного и квазистационарного тока [1] .

Имеют особое значение в электротехнике из-за своей универсальности, так как пригодны для решения многих задач в теории электрических цепей и практических расчётов сложных электрических цепей.

Применение правил Кирхгофа к линейной электрической цепи позволяет получить систему линейных уравнений относительно токов или напряжений и, соответственно, при решении этой системы найти значения токов на всех ветвях цепи и все межузловые напряжения.

Название «Правила» корректнее потому, что эти правила не являются фундаментальными законами природы, а вытекают из фундаментальных законов сохранения заряда и безвихревости электростатического поля (третье уравнение Максвелла при неизменном магнитном поле). Эти правила не следует путать с ещё двумя законами Кирхгофа в химии и физике.

Содержание

Формулировка правил [ править | править код ]

Определения [ править | править код ]

Для формулировки правил Кирхгофа вводятся понятия узел, ветвь и контур электрической цепи. Ветвью называют участок электрической цепи с одним и тем же током, например, на рис. отрезок, обозначенный R₁, I₁ есть ветвь. Узлом называют точку соединения трех и более ветвей (на рис. обозначены жирными точками). Контур — замкнутый путь, проходящий через несколько ветвей и узлов разветвлённой электрической цепи. Термин замкнутый путь означает, что, начав с некоторого узла цепи и однократно пройдя по нескольким ветвям и узлам, можно вернуться в исходный узел. Ветви и узлы, проходимые при таком обходе, принято называть принадлежащими данному контуру. При этом нужно иметь в виду, что ветвь и узел могут принадлежать одновременно нескольким контурам.

В терминах данных определений правила Кирхгофа формулируются следующим образом.

Первое правило [ править | править код ]

Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в каждом узле любой цепи, равна нулю. При этом направленный к узлу ток принято считать положительным, а направленный от узла — отрицательным: Алгебраическая сумма токов, направленных к узлу, равна сумме направленных от узла. u_.>

Это правило вытекает из 3-го уравнения Максвелла, в частном случае стационарного магнитного поля.

Иными словами, при полном обходе контура потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Частным случаем второго правила для цепи, состоящей из одного контура, является закон Ома для этой цепи. При составлении уравнения напряжений для контура нужно выбрать положительное направление обхода контура. При этом падение напряжения на ветви считают положительным, если направление обхода данной ветви совпадает с ранее выбранным направлением тока ветви, и отрицательным — в противном случае (см. далее).

Правила Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных линеаризованных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.

Особенности составления уравнений для расчёта токов и напряжений [ править | править код ]

Если цепь содержит p <displaystyle p> узлов, то она описывается p − 1 <displaystyle p-1> уравнениями токов. Это правило может применяться и для других физических явлений (к примеру, система трубопроводов жидкости или газа с насосами), где выполняется закон сохранения частиц среды и потока этих частиц.

Если цепь содержит m <displaystyle m> ветвей, из которых содержат источники тока ветви в количестве m i <displaystyle m_> , то она описывается m − m i − ( p − 1 ) <displaystyle m-m_-(p-1)> уравнениями напряжений.

Правила Кирхгофа, записанные для p − 1 <displaystyle p-1>узлов или m − ( p − 1 ) <displaystyle m-(p-1)>контуров цепи, дают полную систему линейных уравнений, которая позволяет найти все токи и все напряжения.
Перед тем, как составить уравнения, нужно произвольно выбрать:

положительные направления токов в ветвях и обозначить их на схеме, при этом не обязательно следить, чтобы в узле направления токов были и втекающими, и вытекающими, окончательное решение системы уравнений всё равно даст правильные знаки токов узла;
положительные направления обхода контуров для составления уравнений по второму закону, с целью единообразия рекомендуется для всех контуров положительные направления обхода выбирать одинаковыми (напр. : по часовой стрелке).

Если направление тока совпадает с направлением обхода контура (которое выбирается произвольно), падение напряжения считается положительным, в противном случае — отрицательным.

При записи линейно независимых уравнений по второму правилу Кирхгофа стремятся, чтобы в каждый новый контур, для которого составляют уравнение, входила хотя бы одна новая ветвь, не вошедшая в предыдущие контуры, для которых уже записаны уравнения по второму закону (достаточное, но не необходимое условие).

В сложных непланарных графах электрических цепей человеку трудно увидеть независимые контуры и узлы, каждый независимый контур (узел) при составлении системы уравнений порождает ещё 1 линейное уравнение в определяющей задачу системе линейных уравнений. Подсчёт количества независимых контуров и их явное указание в конкретном графе развит в теории графов.

Пример [ править | править код ]

Количество узлов: 3.

p − 1 = 2 <displaystyle p-1=2>

Количество ветвей (в замкнутых контурах): 4. Количество ветвей, содержащих источник тока: 0.

m − m i − ( p − 1 ) = 2 <displaystyle m-m_-(p-1)=2>

Количество контуров: 2.

Для приведённой на рисунке цепи, в соответствии с первым правилом, выполняются следующие соотношения:

< I 1 − I 2 − I 6 = 0 I 2 − I 4 − I 3 = 0 <displaystyle <eginI_<1>-I_<2>-I_<6>=0\I_<2>-I_<4>-I_<3>=0end>>

Обратите внимание, что для каждого узла должно быть выбрано положительное направление, например, здесь токи, втекающие в узел, считаются положительными, а вытекающие — отрицательными.

Решение полученной линейной системы алгебраических уравнений позволяет определить все токи узлов и ветвей, такой подход к анализу цепи принято называть методом контурных токов.

В соответствии со вторым правилом, справедливы соотношения:

< U 2 + U 4 − U 6 = 0 U 3 + U 5 − U 4 = 0 <displaystyle <eginU_<2>+U_<4>-U_<6>=0\U_<3>+U_<5>-U_<4>=0end>>

Полученные системы уравнений полностью описывают анализируемую цепь, и их решения определяют все токи и все напряжения ветвей. a_U_=0> . В левой части равенства легко узнать координату произведения матрицы A <displaystyle A> на вектор-столбец u <displaystyle mathbf > . Итак, первое правило Кирхгофа в матричном виде гласит: A u = 0 <displaystyle Amathbf =0> .

В таком виде оно допускает обобщение на проводящие поверхности. У криволинейной поверхности проводимость зависит не только от точки, но и от направления. Иными словами, проводимость является функцией на касательных векторах к поверхности. Если считать, что на касательных пространствах она хорошо приближается положительно определённой квадратичной формой, можно говорить о ней как о римановой метрике g <displaystyle g> (отличающейся от расстояния на поверхности как геометрической форме, учитывающей неизотропность её электрических свойств). Каждая точка поверхности может служить узлом, и потому потенциал будет уже не вектором, а функцией u <displaystyle u> на поверхности. Аналогом же матрицы проводимостей будет оператор Лапласа — Бельтрами Δ g <displaystyle Delta _> метрики-проводимости, который действует на пространстве гладких функций. Первое правило Кирхгофа для поверхности гласит ровно то же: Δ g u = 0 <displaystyle Delta _u=0> . Иначе говоря, потенциал есть гармоническая функция.

В связи с этим матрицу A <displaystyle A> , сопоставляемую произвольному взвешенному графу, за исключением диагонали равную матрице смежности, иногда называют дискретным лапласианом. Аналоги теорем о гармонических функциях, такие как существование гармонической функции в области с краем при заданных значениях на крае, получающейся свёрткой с некоторым ядром, имеют место и для дискретных гармонических функций. Обратно, проводящая поверхность может быть приближена сеткой сопротивлений, и дискретные гармонические функции на этой сетке приближают гармонические функции на соответствующей поверхности. На этом обстоятельстве основан интегратор Гершгорина, аналоговая вычислительая машина, использовавшаяся для решения уравнения Лапласа в 30-х — 70-х годах XX века.

В случае проводящей поверхности вместо разности потенциалов имеет смысл говорить об 1-форме d u <displaystyle du> . Связанное с ней при помощи метрики-проводимости векторное поле g r a d g ( u ) <displaystyle mathrm _(u)> — и есть электрический ток на этой поверхности. Согласно первому правилу Кирхгофа, эта 1-форма тоже гармонична (то есть лежит в ядре ходжева лапласиана, определённого на дифференциальных формах). Это даёт ключ к тому, как правильно формулировать закон Кирхгофа для случая, когда поле не потенциально: именно, 1-форма, получающаяся из тока, рассматриваемого как векторное поле, при помощи проводимости, рассматриваемой как риманова метрика, должна быть гармонична. Зная электродвижущую силу вокруг каждого топологически нетривиального контура на поверхности, можно восстановить силу и направление тока в каждой точке, притом единственным способом. В частности, размерность пространства всевозможных токов равна размерности пространства топологически нетривиальных контуров. Этот факт был одним из оснований для открытия двойственности Пуанкаре; то обстоятельство, что электродвижущие силы определяют однозначно ток (гармоническую 1-форму), является частным случаем теории Ходжа для 1-форм (теория Ходжа утверждает, что на римановом многообразии всякий класс когомологий де Рама представляется гармонической формой, притом только одной).

Закон излучения Кирхгофа [ править | править код ]

Закон излучения Кирхгофа гласит — отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты для равновесного излучения и не зависит от их формы, химического состава и проч.

Закон Кирхгофа в химии [ править | править код ]

Закон Кирхгофа гласит — температурный коэффициент теплового эффекта химической реакции равен изменению теплоёмкости системы в ходе реакции.

Обобщенный закон Ома (см. формулу (3) п. 9.5) позволяет рассчитать практически любую сложную цепь. Однако непосредственный расчет разветвленных цепей, содержащих несколько замкнутых контуров (контуры могут иметь общие участки, каждый из контуров может иметь несколько источников ЭДС и т. д.), довольно сложен. Задача решается более просто с помощью двух правил Кирхгофа.

Любая точка разветвления цепи, в которой сходится не менее трех проводников с током, называется узлом. При этом ток, входящий в узел, считается положительным, а ток, выходящий из узла, — отрицательным.

Первое правило Кирхгофа.

Алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю:

Например, для узла, изображенного на рис. 255, первое правило Кирхгофа запишется так:

Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения электрического заряда.

Второе правило Кирхгофа.

В любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов I. на сопротивление R. соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС %_к, встречающихся в этом контуре:

При расчете сложных цепей постоянного тока с применением правил Кирхгофа необходимо:

1. Выбрать произвольное направление токов на всех участках цепи. Действительное направление токов определяется при решении задачи: если искомая сила тока получится положительной, то направление тока было выбрано правильно, отрицательной — истинное направление тока противоположно выбранному.

2. Выбрать направление обхода контура и строго его придерживаться. Произведение IR положительно, если ток на данном участке совпадает с направлением обхода, и наоборот. ЭДС считаются положительными, если создают токи, направление которых совпадает с выбранным направлением обхода.
3. Количество уравнений должно быть равно числу искомых величин, причем каждый рассматриваемый контур должен содержать хотя бы один элемент, не встречающийся в предыдущих контурах, иначе получатся уравнения, являющиеся простой комбинацией уже составленных.

Компоненты, типы и связанные понятия

Роберт Хазен, доктор философии, Университет Джорджа Мейсона

Схема простой разомкнутой и замкнутой электрической цепи. (Изображение: BijanStock/Shutterstock)

Электрические цепи — это важные концепции, которые имеют практическое применение в нашей повседневной жизни. Это очень простая концепция, которая включает в себя три различных компонента: источник электроэнергии, устройство и замкнутый контур из проводящего материала.

Источник электрической энергии

Первым компонентом электрической цепи является источник электрической энергии, который позволяет электронам двигаться. Этим источником может быть батарея, солнечный элемент или гидроэлектростанция — место, где есть положительный и отрицательный полюса и откуда заряд может течь от одного к другому. Этот толчок электрического заряда называется напряжением, потенциал которого измеряется в вольтах.

Устройство в электрической цепи

Вторым компонентом является устройство. Он реагирует на проходящий через него ток. Сегодня устройство — это то, что можно подключить к настенной розетке и использовать с электричеством. Петля обычно закрывается куском проводящего материала. Обычно это проволока, но есть и другие виды материалов, которые также могут замыкать петлю. Например, внутри телевизора есть различные металлические полоски, нанесенные на пластиковую поверхность, которая может быть проводящим материалом или даже, в некоторых случаях, корпусом устройства, которое становится частью замкнутой цепи.

Сопротивление электрической цепи

Третий компонент — сопротивление; каждая цепь имеет некоторое сопротивление потоку электронов. Электроны сталкиваются с другими электронами и атомами, из которых состоит провод, и они, таким образом, преобразуют часть своей энергии в тепло. Просто невозможно передать энергию из одной формы в другую без потери части этой энергии в виде тепла.

Узнайте больше об электромагнетизме.

Фонарик как электрическая цепь

Фонарик — это простое устройство, включающее в себя все три компонента. Две батарейки в фонарике являются источником.

Лампочка на конце фонаря — это устройство, через которое проходит ток. Ток течет по очень тонкой нити накала, которая нагревается до очень высокой температуры из-за электрического сопротивления. В результате нить накала ярко светится.

Цепь, наконец, завершается металлической полосой, которая проходит по боковому корпусу фонарика. На одном конце фонарика также есть катушка провода, а на другом конце есть точки контакта для батареи, а также другая полоса провода, которые вместе замыкают цепь.

Простая электрическая цепь имеет источник, устройство, сопротивление и переключатель. (Изображение: BlueRingMedia/Shutterstock)

Выключатели, предохранители и автоматические выключатели

Фонари и большинство других электроприборов также имеют выключатель. Переключатель — это просто устройство, которое помогает разорвать непрерывную петлю проводящего материала.

Когда переключатель разомкнут, ток отсутствует, но когда переключатель замкнут, ток есть. В принципе, все схемы работают так. Даже в цепи, подключенной к стене вашей комнаты, есть непрерывная петля провода, которая простирается от вашего дома до электростанции.

Предохранитель или автоматический выключатель используется для предотвращения крупных пожаров из-за перегрузок. Предохранитель предназначен для сгорания, если ток становится слишком большим.

Узнайте больше о первом законе термодинамики.

Типы электрических цепей

В домах и других обычных устройствах есть два типа цепей; а именно последовательные цепи и параллельные цепи.

Серийные цепи — Серийные цепи состоят из нескольких устройств, каждое из которых соединено одно за другим в один большой контур. Хотя разные устройства имеют разное напряжение на них, один и тот же ток протекает через каждое устройство в последовательной цепи.

Если какое-либо из устройств в последовательной цепи обрывается, вся цепь выходит из строя. Например, если есть три лампочки, соединенные последовательно, всего в одной петле провода, подключенного к батарее. Если одна лампочка выкручена, вся цепь выходит из строя.

Параллельные цепи — В параллельных цепях различные устройства расположены таким образом, что один источник подает напряжение на отдельные петли проводов. Напряжение в каждом устройстве по всей цепи одинаково, но, как правило, разные устройства будут видеть разные токи. В этом случае каждое устройство будет работать, даже если другие выйдут из строя.

Например, если две лампочки соединить параллельно и одну выкрутить, то другая будет работать. Современные гирлянды для елок делаются в параллельных цепях, так что даже если перегорит одна лампочка, не придется выбрасывать всю гирлянду.

Это стенограмма из серии видео Радость науки . Смотрите прямо сейчас на Wondrium.

Систематизация отношений между электрическими цепями – законы Кирхгофа

Систематизированное поведение цепей имеет огромное значение в электротехнике и объясняется законами Кирхгофа. Первый закон гласит: «Энергия, производимая источником, равна энергии, потребляемой в цепи, включая тепло, которое теряется в результате сопротивления».

Второй закон гласит: « Ток, протекающий в любом соединении, равен сумме токов, вытекающих из этого соединения». Это означает, что ток представляет собой электроны, протекающие по проводам, и количество электронов, втекающих в соединение, равно количеству электронов, вытекающих из этого соединения.

Узнайте больше об энтропии.

Являются ли различные формы электрической энергии принципиально одинаковыми? Майкл Фарадей был английским ученым, внесшим вклад в изучение электромагнетизма и электрохимии. (Изображение: Томас Филлипс/общественное достояние)

Майкл Фарадей провел тщательные систематические исследования всех этих различных видов электричества. Он смог продемонстрировать, что все эти различные формы электричества вызывают одно и то же явление и возникают в результате движения электронов.

Фарадей пришел к выводу, что все формы энергии производят искры, могут течь по проводам и могут совершать работу. Его исследование также впервые показало, что животное электричество электрического угря, электричество, исходящее от батареи, и электричество молнии — все это одно и то же явление.

Электрический ток и мощность

Поток или движение электронов по электрической цепи называется электрическим током. Ток измеряется в амперах. Один ампер соответствует примерно 6 миллиардам электронов, проходящих через точку этой цепи каждую секунду.

Другим важным термином, связанным с электричеством, является мощность. Мощность определяется как работа, деленная на время. В электрической цепи мощность равна текущему напряжению, измеряемому в ваттах. Чем выше мощность, тем быстрее энергия потребляется этим объектом, будь то лампочка, усилитель или любое электрическое устройство.

Узнайте больше о магнетизме и статическом электричестве.

Общие вопросы о вкладе

Алессандро Вольта и изобретении батареи

В: Как светится лампочка в фонарике?

Когда ток течет по очень тонкой нити накала, она нагревается до очень высокой температуры из-за электрического сопротивления. Это заставляет нить накала ярко гореть и, таким образом, лампочка в фонарике светится.

В: Чем полезны предохранители и автоматические выключатели?

Предохранители и автоматические выключатели предназначены для предотвращения повреждения электрооборудования из-за перегрузки. В то время как предохранители необходимо заменить после перегрузки, автоматические выключатели необходимо просто сбросить.

В: Что такое электрический ток?

Поток электронов через электрическую цепь называется электрическим током и измеряется в амперах.

В: Почему старая елочная световая цепь приходила в негодность, даже если перегорала одна лампочка?

Старинные гирлянды на рождественской елке представляли собой последовательную цепь, в которой, если одна лампочка не работала, выходила из строя вся цепь. Однако современные елочные фонари работают по принципу параллельных цепей

Продолжайте читать

Как работает электричество?
Ранняя жизнь и успех Бенджамина Франклина
Фотоны и длина волны: свет — это частица или волна?

Понимание электричества – код, схемы и конструкция

Электричество – это поток электрической энергии через какой-либо проводящий материал. Электроника относится к использованию изменяющихся электрических свойств для передачи информации. Электронные датчики преобразуют некоторую другую форму энергии (свет, тепло, звуковое давление и т. д.) в электрическую энергию, чтобы мы могли интерпретировать происходящее в электронном виде. Например, микрофон преобразует волны звукового давления в воздухе в изменяющееся электрическое напряжение. Усиливая и считывая этот электрический сигнал, мы можем интерпретировать звук, вызвавший его. Этот процесс превращения одной энергии в другую называется преобразование , а устройства, которые это делают, называются преобразователями . Большая часть технической работы физических вычислений связана с выяснением того, какую форму энергии излучает человек, и какой тип преобразователя вы можете купить или построить, чтобы считывать эту энергию. Однако для этого необходимо кое-что понять об электричестве. Мы начнем с нескольких терминов, которые будем использовать для обозначения электрических свойств и компонентов. После этого мы поговорим о важных отношениях между некоторыми из этих терминов.

Ток является мерой величины потока электронов в цепи. Измеряется в амперах или амперах. Многие люди объясняют электрический поток, используя в качестве аналогии поток воды. Следуя этой аналогии, ток будет означать, сколько воды (или электричества) проходит через определенную точку. Чем выше сила тока, тем больше воды (или электричества) течет.

Напряжение является мерой электрической энергии цепи. Измеряется в вольтах. В аналогии с водой напряжение будет давлением воды. Думайте о гейзере как о высоком напряжении, а о душе дешевой квартиры на пятом этаже многоквартирного дома — как о низком напряжении (если только вы не один из тех счастливчиков с хорошим напором воды!).

Сопротивление — это мера способности материала противостоять потоку электричества. Измеряется в Омах. Губка в трубе будет действовать как резистор, ограничивая ток (и напряжение), протекающий через трубу.

Цепь представляет собой замкнутый контур, содержащий источник электроэнергии (например, аккумулятор) и нагрузку (например, электрическая лампочка). Каждая цепь должна иметь какую-то нагрузку. Вся электрическая энергия в цепи должна использоваться нагрузкой. Нагрузка будет преобразовывать электрическую энергию в какую-либо другую форму энергии. Цепь без нагрузки называется коротким замыканием. При коротком замыкании источник питания отдает всю свою мощность по проводам и обратно на себя, и либо провода плавятся (если повезет), либо батарея взрывается, либо происходит еще что-то бедственное.

Ниже показана очень простая схема, состоящая из лампы, выключателя и батареи. Электрическая энергия, поступающая от батареи, преобразуется в тепловую и световую энергию с помощью лампочки.

Существует два распространенных типа цепей: постоянного тока, или постоянного тока, и переменного, или переменного тока. В цепи постоянного тока ток всегда течет в одном направлении. В цепи переменного тока полюса цепи меняются местами в регулярном повторяющемся цикле. В одной части цикла один полюс имеет более высокий потенциал (положительный), а другой — более низкий (отрицательный). В следующей части цикла второй полюс более положительный, а первый полюс более отрицательный. Большинство цепей, о которых мы будем говорить в этом классе, будут цепями постоянного тока. Принципиальные схемы — это схемы цепей с символами, представляющими компоненты в цепи. Многие из типичных символов показаны ниже.

Компоненты

Проводники — это материалы, по которым свободно проходит электрический ток.

Изоляторы — это материалы, препятствующие протеканию электричества.

Резисторы сопротивляются, но не полностью блокируют поток электричества. Они используются для управления потоком тока. Ток может проходить через резистор в любом направлении, поэтому не имеет значения, как они подключены к цепи. Они обозначаются следующим образом:

Конденсаторы накапливают электричество, пока в них протекает ток, а затем высвобождают энергию, когда входящий ток снимается. Иногда они поляризованы, то есть ток может течь через них только в определенном направлении, а иногда нет. Если конденсатор поляризован, он будет отмечен на схеме. Не подключайте поляризованный конденсатор наоборот; он может взорваться.

Конденсаторы обозначаются следующим образом:

Диоды разрешают поток электричества в одном направлении и блокируют его в другом направлении. Из-за этого их можно размещать в цепи только в одном направлении. Они обозначаются следующим образом:

Светоизлучающие диоды (светодиоды) — это особые типы диодов, которые излучают свет при протекании через них тока. Они обозначаются следующим образом:

Существует множество других типов компонентов, с которыми вы столкнетесь:

переключатели управляют протеканием тока через соединение в цепи:

транзисторы и реле коммутационные устройства:

термисторы изменение сопротивления в ответ на изменение температуры;
фоторезисторы изменение сопротивления в зависимости от изменения освещенности;
датчики изгиба изменение сопротивления в ответ на сгибание или сгибание;
пьезоэлектрические устройства создают переменное напряжение в ответ на незначительные изменения давления.

Зависимости

Напряжение (В), ток (I) и сопротивление связаны (R) связаны по следующей формуле:
Вольт = Ампер x Ом, или

В = I x R

Ток (I), напряжение (V) и сопротивление (R) также связаны с электрической мощностью (P) (измеряется в ваттах) следующим образом: Вт = вольт x ампер или

Вт = В x А

Электрический ток течет от мест с более высокой потенциальной энергией к местам с более низкой потенциальной энергией (т. е. от положительного к отрицательному).

Земля — место в цепи, где потенциальная энергия электронов равна нулю. Иногда эта точка подключается к фактической земле либо через заземленную электрическую цепь, водопроводную трубу, либо каким-либо другим способом. В принципе, подойдет любой проводник, идущий к земле.

Несколько важных правил:

Ток идет по пути наименьшего сопротивления к земле. Итак, если у него есть выбор из двух путей в цепи, и один из них имеет меньшее сопротивление, он выберет этот путь.

В любой заданной цепи общее напряжение на пути цепи равно нулю . Каждый компонент, который предлагает сопротивление, снижает напряжение, и к тому времени, когда мы достигнем конца контура, напряжения не останется.

Количество тока, входящего в любую точку цепи, равно количеству, выходящему из этой точки.

Последние два правила дают нам способ выяснить, что происходит, когда мы помещаем компоненты в цепь. Когда мы смотрим на то, как компоненты в цепи размещаются по отношению друг к другу, мы можем сделать это двумя способами: один за другим или рядом. Когда они стоят один за другим, мы говорим, что компоненты находятся в ряду и друг с другом. Бок о бок они находятся в параллелях друг с другом.

Давайте посмотрим, как изменяются ток и напряжение, когда компоненты соединены последовательно или параллельно:

Когда два компонента соединены последовательно, они располагаются один за другим, например:

Когда резисторы соединены последовательно, напряжение на каждом резисторе падает, а общее сопротивление равно сумме всех резисторов. Мы знаем, что в приведенной выше схеме ток везде постоянен. Мы знаем падение напряжения на каждом резисторе и знаем, что сумма всех падений напряжения равна напряжению на батарее. Итак, V _в = V ₁ + V ₂ . Если мы знаем значения резисторов, мы можем использовать формулу V = I x R для расчета точных напряжений в каждой точке. Когда два компонента соединены параллельно, они размещаются рядом друг с другом, например: резисторы включены параллельно, напряжение на них одинаковое, но ток делится между ними. Однако общий ток постоянен, поэтому мы знаем, что разделенный ток между параллельными резисторами равен общему току. Итак, я ₁ + я ₂ = I _всего .

Хотя иногда полезно подумать о математических соотношениях параллельных и последовательных цепей, часто полезнее думать о них с точки зрения практических эффектов. Опять же, подумайте о метафоре воды. Для последовательного примера, если один резистор снижает напряжение (давление воды), только меньшее напряжение (струйка воды) проходит к следующему. Для параллельного примера количество воды из основного потока (общий ток) делится на два потока, но общее количество воды, протекающей через эти два потока, равно исходному количеству воды. Помня об этих основных отношениях, вы сможете понять, как один компонент влияет на другой, когда вы видите их вместе в цепи, даже если вы не знаете (или не заботитесь) об их точном математическом соотношении.

Когда вы будете готовы приступить к сборке схем, прочтите примечания к макетным платам, чтобы получить краткое представление о том, как использовать макетную плату без пайки.

Краткое введение в схемы | electriceasy.com

Это краткое и простое описание схемы и ее использования.

Все мы знаем об электричестве. Это поток электронов. Следовательно, слово «электричество» происходит от слова «электроны». Батарея сама по себе не работает, если держать ее в воздухе, то не будет прохождения электрического тока. Следовательно, вам нужна цепь. Проще говоря, электронная цепь — это закрытый путь для движения электронов.

Электрический ток в цепи течет от плюса к минусу, а электроны текут от минуса к плюсу. Таким образом, когда переключатель находится на пути, и электричество проходит, позволяя лампочке загореться, в то время как, когда переключатель не включен, поток электричества прерывается, и лампочка не загорается.
Вы найдете схемы в каждом электрическом устройстве , которое вы используете – от распределительного щита, телевизора, холодильника до вашего ноутбука.

Типы схем

Вы, должно быть, слышали два термина: Electric и Electronic . Сначала давайте поймем разницу между этими двумя терминами. В то время как электрическое является основой всего, электронное является подмножеством электрического. Электрическая цепь имеет дело только с потоком электронов и имеет такие компоненты, как резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы, и использует источник переменного тока; в то время как электронная схема занимается преобразованием тока и управлением движением электронов и использует источник постоянного тока. Электрическая цепь называется пассивной, потому что в ней нет таких компонентов, которые реагируют на проходящий через них ток/напряжение, а электронная схема называется активной из-за дополнительных компонентов, таких как диод или трансформатор, которые реагируют на ток/напряжение. что проходит.

Компоненты схемы устроены по-разному, два самых простых из них — ряд и параллельный.

Серийная цепь:

Если компоненты цепи соединены в один путь, это называется последовательным. Один и тот же ток будет протекать через все компоненты, в то время как напряжение будет отличаться от одного компонента к другому. Например, вы зажгли три лампы последовательно к одному и тому же источнику питания, первая получит большее напряжение, чем последняя.

Параллельная цепь:

Если компоненты соединены в параллельном формате, они будут называться параллельной последовательностью. При таком соединении все компоненты получают одинаковое напряжение, а ток распределяется между компонентами.

Напряжение и электрический ток

Электрический ток определяется как свободный поток электронов, а движущая сила, стоящая за этим свободным потоком электронов, называется напряжением. Напряжение — это измерение потенциальной энергии, которая перемещала бы электроны между двумя точками. Напряжение — это толчок, который необходим электронам для движения по цепи. Напряжение измеряется в вольтах, а ток измеряется в амперах.

Закон Ома
Закон Ома гласит, что ток в проводнике между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов между этими двумя точками . Это означает, что чем больше сопротивление, тем меньше ток будет течь. I=V/R Это применимо к любому компоненту цепи. Например, проводники увеличивают ток, а катушки индуктивности уменьшают его.

Интегральные схемы
Их обычно называют ИС. Обычно они бывают в виде чипов и микрочипов. Это набор из нескольких электронных схем на небольшом полупроводниковом устройстве (обычно кремниевом). С развитием технологий эти ИС оказались чрезвычайно полезными. Они присутствуют в любом электронном устройстве, которое вы можете назвать. От компьютеров, мобильных телефонов до других цифровых устройств в них присутствует несколько ИС. Их основные компоненты представляют собой комбинацию диодов, транзисторов и микропроцессоров. Микропроцессоры обеспечивают память устройства. С помощью микропроцессора электронные устройства могут выполнять логические или протокольные приложения.

Физика всегда была неотъемлемой частью нашей жизни и учебных программ. От студентов, которые учатся в школе до инженерных колледжей; все хорошо знакомы с понятиями физики. Понимание схемы является одной из основных частей. Даже если вы не являетесь физиком или почти не обращали внимания на этот предмет в школьные годы, с точки зрения непрофессионала вы все равно поймете, что такое схема. Как вам нужны органы человеческого тела, чтобы они работали, так и электрическая цепь заставляет работать любое электрическое или электронное устройство. Он обеспечивает путь для прохождения электрического тока к вашему свету, вентиляторам и всем другим электрическим коммуникациям.
От самого маленького цифрового устройства до самого большого электрического устройства, которым вы владеете, в каждой системе есть встроенная схема. Вы, должно быть, использовали термин «короткое замыкание» тысячу раз у себя дома. Это не что иное, как плохое соединение между двумя точками электрической цепи с двумя разными напряжениями, что приводит к чрезмерному протеканию тока и повреждению цепи.

Понимание схемы очень полезно для всех. От домашнего использования до высокотехнологичных изобретений; схема является основой для любого технического прогресса.

Биография автора: Триша — профессиональный писатель и консультант по вопросам образования и карьеры. Она страстный читатель, путешественник и страстный фотограф. Она хочет исследовать мир и писать обо всем, что встречается ей на пути.

Понимание клетки как электрической цепи

Леа Гетц ¹ и Кристиан Уилмс ²

¹ UCL, Лондон, Великобритания

² Scientifica Ltd, Акфилд, Великобритания

Электрофизиологи часто описывают клетки как электрические эквивалентные схемы, то есть комбинацию резисторов и емкостей. В следующей статье мы рассмотрим, как сопротивление и емкость определяют электрические свойства элемента, чтобы понять, почему это описание является полезным.

Мембранная резистентность, R

Клеточная мембрана состоит из двойного липидного слоя, который отделяет ионы во внеклеточном пространстве от ионов и заряженных белков в цитоплазме. В то время как чистые липидные мембраны являются отличными электрическими изоляторами, настоящие клеточные мембраны состоят из плотной мозаики белков и липидов. Многие из этих белков охватывают мембрану и действуют как каналы, позволяющие проходить заряду. Эти белки снижают сопротивление мембраны, которое в противном случае было бы высоким, что имеет важные последствия для электрофизиологии. Предположим, мы хотим подать напряжение на клеточную мембрану, подав ток с помощью электрода. Ток, необходимый для поддержания этого напряжения, определяется сопротивлением мембраны в соответствии с законом Ома: напряжение = сопротивление * ток (или V = R * I). Мы видим, что чем выше сопротивление мембраны, тем меньший ток требуется для поддержания заданного напряжения на мембране.

Емкость мембраны, C

Поскольку мембрана представляет собой электрический изолятор, разделяющий противоположные заряды внутри и снаружи клетки, клеточная мембрана обладает не только сопротивлением, но и емкостью мембраны. Следовательно, чтобы изменить напряжение мембраны, необходимо зарядить емкость. Приложенный заряд (Q), разделенный на емкость мембраны (C _M ), дает напряжение мембраны (V _m ): V _m = Q /C _M . Мы можем видеть, что для данного количества приложенного заряда, чем меньше емкость мембраны, тем больше изменение напряжения мембраны.

Комбинация R

_M и C _M – RC-цепь

Поскольку и сопротивление мембраны (R _M ), и емкость мембраны (C _M ) возникают над клеточной мембраной, они электрически параллельны (см. Рисунок 1А). Такая схема параллельного сопротивления (R) и емкости (C) известна как RC-цепь . RC-цепи обычно используются в электронике в качестве основных фильтров для выбора определенных диапазонов входных частот. Точно так же клеточная мембрана действует как фильтр тока или напряжения, вводимого в клетку.

Рис. 1. Принципиальная схема электрических свойств плазматической мембраны. A: Принципиальная схема, показывающая емкость мембраны и сопротивление мембраны параллельно друг другу. B: Кривые, показывающие скачок командного напряжения (вверху) и результирующую реакцию тока (внизу) для простой плазматической мембраны с ограничением напряжения.

Базовый эксперимент по фиксации напряжения

Чтобы понять, как свойства RC-фильтра мембраны определяют реакцию ячейки на напряжение, рассмотрим, как скачок напряжения, приложенный к внутренней части ячейки, изменяет ток, подаваемый через электрод (см. рис. 1B). Первоначально квадратный скачок напряжения приводит к мгновенному скачку тока (начальный пик). Затем этот ток экспоненциально уменьшается (падающий фронт), чтобы достичь устойчивого состояния. Наоборот, когда шаг напряжения меняется на противоположный, мы наблюдаем большой мгновенный ток противоположного направления, который экспоненциально уменьшается, пока снова не достигнет установившегося состояния. Таким образом, контроль напряжения на мембране и измерение результирующего тока представляет собой базовый эксперимент по фиксации напряжения.

Как свойства электрода и клеточной мембраны влияют на форму кривой тока (см. рис. 1В)? Первоначально весь ток заряжает емкость мембраны без тока, протекающего через сопротивление мембраны. Таким образом, амплитуда начального быстрого тока полностью определяется величиной шага напряжения и сопротивлением электрода (которое определяется как сумма сопротивления электрода и сопротивления соединения электрода с ячейкой). По мере того, как емкость мембраны становится все более и более заряженной, все большая часть инжектируемого тока протекает через сопротивление мембраны. Как только емкость полностью заряжена, система достигает устойчивого состояния, и весь ток протекает через мембранное сопротивление. В устойчивом состоянии величина тока, необходимая для поддержания напряжения мембраны, определяется только сопротивлением мембраны, и применяется закон Ома (ток установившегося состояния = шаг напряжения / сопротивление мембраны, или I _с = V _с / R _M ).

Значения емкости мембраны и сопротивления мембраны определяют, как быстро достигается это стационарное состояние: чем больше емкость или сопротивление, тем дольше длится зарядка. Постоянная времени, описывающая эту зарядку, известна как постоянная времени мембраны t и равна произведению сопротивления мембраны на емкость мембраны (t = C _M * R _M , принимая R _s << М ).

Определение состояния записи

Вышеприведенные соотношения можно использовать для наблюдения за различными этапами записи целой клетки. Для этого на электрод подается небольшой импульс напряжения, так называемый тестовый импульс. Наблюдая за формой и амплитудой отклика тока на тестовый импульс (рис. 2, правая колонка), мы получаем много полезной информации о регистрирующем электроде и ячейке. Важно отметить, что многие концепции применимы и к другим формам электрофизиологической регистрации.

Для оценки состояния нашей записи делаем простые вычисления, основанные на перестановках закона Ома (V = R * I). Можно еще больше упростить расчеты, используя сопротивление в единицах МОм (10 ⁶ Ом), напряжение в единицах мВ (10 ^-3 В) и ток в единицах нА (10 ^-9 А). , как префиксы единиц, компенсируют друг друга (10 ^-3 В = 10 ⁶ Ом * 10 ^-9 А).

Рис. 2. Схема, поясняющая конфигурацию «пипетка в ванне». В этой конфигурации ток определяется исключительно сопротивлением пипетки. Пипетка указана слева. Соответствующая электрическая цепь показана в середине, а кривые напряжения и тока показаны справа.

Регистрирующий электрод в ванне

Вход в ванну является первым этапом записи: регистрирующий электрод, который находится внутри пипетки, наполненной внутренним раствором, погружается в перфузионную среду (рис. 2). По определению, напряжение между записывающим электродом и электродом сравнения равно нулю. Соответственно, напряжение смещения усилителя необходимо регулировать до тех пор, пока измеренное напряжение действительно не станет равным 0 мВ.

При нахождении пипетки в ванне текущая реакция на тестовый импульс определяется сопротивлением пипетки (R _P ), которое можно рассчитать по закону Ома: R _P = V _T / I _P , где V _T — амплитуда тестового импульса напряжения, а I _P — ток через пипетку. Например, тестовый импульс -5 мВ дает токовую характеристику -500 пА. Это указывает на сопротивление наконечника пипетки 10 МОм (= -5 мВ / 0,5 нА). Для регистрации целых клеток обычно используют пипетки с сопротивлением наконечника 5-10 МОм.

Приближение к клетке и формирование уплотнения

При приближении к клетке с помощью пипетки к внутреннему раствору прикладывается положительное давление, чтобы предотвратить закупорку наконечника пипетки тканью. Несмотря на эту предосторожность, амплитуда отклика тока на тестовый импульс будет меняться во время подхода: когда наконечник пипетки касается ткани, сопротивление увеличивается, что приводит к падению амплитуды тока. Небольшое втягивание пипетки должно вернуть текущую реакцию (как следствие сопротивления пипетки) к исходному значению. Однако эти изменения относительно невелики и преходящи.

Как только пипетка подходит очень близко к клетке, амплитуда тестового импульса уменьшается, что свидетельствует о заметном увеличении сопротивления электрода. Обычно это совпадает с образованием ямочки на поверхности клетки, где внутренний раствор, вытесняемый из наконечника пипетки, отталкивает клеточную мембрану. Снятие давления с пипетки в этот момент позволяет клеточной мембране контактировать с пипеткой, что приводит к существенному увеличению сопротивления электрода. Мягкое отсасывание внутреннего раствора электрода еще больше увеличивает сопротивление. На этом этапе к пипетке прикладывается отрицательное командное напряжение (примерно соответствующее ожидаемому внутриклеточному потенциалу от -60 мВ до -80 мВ, в зависимости от типа клетки). Аналогично испытательному импульсу, токовая реакция на удерживающее напряжение может использоваться для определения состояния записи, поскольку удерживающее напряжение и требуемый удерживающий ток связаны с сопротивлением пипетки. Так, если для удержания пипетки при -60 мВ необходимо -200 пА, сопротивление пипетки составляет 300 МОм (= -60 мВ / -0,2 нА).

Конфигурация на ячейке

На этом этапе важно учитывать, как ток от пипетки течет к заземляющему электроду. Поскольку небольшой участок клеточной мембраны на наконечнике пипетки имеет очень высокое сопротивление, любой ток, вытекающий из пипетки, будет проходить через небольшой зазор, в котором мембрана прилегает к стеклу пипетки. Соответственно, измеренное сопротивление определяется сопротивлением этого «уплотнения», неудивительно, что оно называется сопротивлением уплотнения. Надежные эксперименты с накладным зажимом обычно требуют «герметичного уплотнения» в диапазоне ГОм, так называемого «гигауплотнения». Мы можем наблюдать, что герметичное уплотнение было достигнуто, когда ток, необходимый для удержания пипетки при -60 мВ, меньше 60 пА (-60 мВ / -0,06 нА = 1 ГОм). Это состояние известно как «конфигурация на ячейке» (рис. 3).

В конфигурации на ячейке реакция тока часто показывает очень быстрый всплеск в начале скачков напряжения. Они вызваны емкостью пипетки и могут быть компенсированы с помощью «быстрой компенсации емкости», доступной на большинстве усилителей. Особенно, если вас интересуют быстрые ионные токи, важно максимально тщательно компенсировать емкость пипетки.

Рис. 3. Схема, поясняющая конфигурацию «на ячейке». В этой конфигурации ток определяется сопротивлением пипетки, включенным последовательно в параллельную цепь сопротивлений заплаты и пломбы. Пипетка с кюветой указана слева. Соответствующая электрическая цепь показана в середине, а кривые напряжения и тока показаны справа. Обратите внимание, что, поскольку сопротивление патча очень велико, ток через это сопротивление пренебрежимо мал.

Микроманипулятор Scientifica PatchStar

Самый универсальный моторизованный манипулятор для электрофизиологических исследований. PatchStar, разработанный совместно с ведущими физиологами, обладает сверхстабильностью: дрейф менее 1 мкм в течение 2 часов для длительных экспериментов. Это электрически бесшумный прибор для записи очень слабых сигналов без отключения двигателей.

Конфигурация цельной клетки

После образования герметичного уплотнения мы можем получить электрический и диффузионный доступ к цитоплазме клетки, разорвав мембрану под наконечником пипетки, сохранив при этом полученное уплотнение. Этот процесс часто называют «внедрением в ячейку», а результирующая конфигурация записи известна как «целая ячейка». В этой конфигурации записывающая пипетка электрически напрямую связана с клеткой: электрод может «видеть» электрическую активность внутри клетки. В результате реакция тока на заданный импульс напряжения резко меняется, как и информация, которую дает эта реакция (рис. 4).

При проникновении в клетку мембрана наконечника пипетки разрывается, и ток между записывающим электродом и землей теперь может течь в клетку и через клеточную мембрану. В этой целоклеточной конфигурации почти весь ток протекает через клеточную мембрану и заряжает емкость мембраны. Через уплотнение будет протекать лишь незначительное количество тока, так как сопротивление уплотнения по крайней мере на порядок больше, чем сопротивление мембраны (теперь сопротивление мембраны определяется всей площадью мембраны клетки, а не только участком мембраны внутри мембраны). наконечник пипетки). Поскольку мембрана разрывается и не удаляется, компоненты мембраны будут препятствовать доступу тока от электрода к ячейке и вносить вклад в так называемое «сопротивление доступу». Сумма сопротивления доступа и начального сопротивления пипетки составляет общее сопротивление на кончике пипетки, называемое последовательным сопротивлением. На практике известно только полное последовательное сопротивление.

Рис. 4. Схема, поясняющая конфигурацию «целая ячейка». В этой конфигурации ток определяется последовательным сопротивлением последовательно с параллельным включением сопротивления уплотнения и мембраны, а также емкостью мембраны. Пипетка с кюветой указана слева. Соответствующая электрическая цепь показана в середине, а кривые напряжения и тока показаны справа.

Текущий ответ в конфигурации цельных клеток

Глядя на реакцию тока на скачок напряжения, несложно определить, какие электрические свойства влияют на какой бит отклика (см. рис. 4). Как и прежде, быстрый начальный скачок тока определяется протеканием заряда через пипетку: последовательное сопротивление (R _S ) = испытательное напряжение (V _T ) / начальный ток (I _P ). Таким образом, если в ответ на шаг -5 мВ начальный ток измеряется как -600 пА, последовательное сопротивление составляет 8,3 МОм (-5 мВ/-0,6 нА). Затухание тока определяется постоянной времени мембраны, которая является просто произведением емкости мембраны на сопротивление мембраны (t _м = C _м * R _м ) в невозмущенной ячейке. Наконец, как только ток достигает устойчивого состояния, ток смещения («ток удержания», I _H) определяется сопротивлением мембраны (R _м = V _T / I _H). Измерив сопротивление мембраны, в принципе можно определить постоянную времени мембраны, подогнав экспоненциальный спад тока и рассчитав емкость мембраны (C _m = t _м / В _Т ).

Теория и практика

В пассивных и компактных элементах одной емкости и одного резистора достаточно для описания электрического поведения элемента с учетом всех расчетов, описанных выше. Однако на практике нейроны представляют собой большие протяженные мембранные структуры, и их мембраны не пассивны, а содержат зависящие от напряжения ионные каналы. Таким образом, при выполнении электрофизиологических записей важно иметь в виду, где реальность физиологии нейронов отклоняется от идей, представленных выше.

Хорошей новостью является то, что вплоть до образования герметичного уплотнения в режиме on-cell все предположения, описанные выше, остаются верными. Плохая новость заключается в том, что большая часть работы выполняется в режиме целых клеток, и в этот момент практика расходится с теорией, и все становится сложнее.

Одним из ключевых моментов, который следует учитывать, является то, что импульсы напряжения, используемые для оценки состояния записи, могут активировать проводимости, зависящие от напряжения. Следовательно, установившийся ток может содержать компоненты тока, которые не связаны с сопротивлением мембраны, а происходят от потенциалзависимых ионных каналов, таких как индуцированный гиперполяризацией ток I _Н .

Кроме того, в более крупных элементах с более сложной морфологией для точного описания электрических свойств элемента требуется несколько наборов параллельных резисторов и емкостей. Как правило, чем дальше от наконечника пипетки находится клеточное отделение, тем больше его напряжение отклоняется от напряжения, подаваемого через электрод, так называемая проблема «пространственного зажима».

Полное обсуждение реальности записи отдельных клеток выходит за рамки этой статьи, и мы отсылаем читателя к стандартной литературе по этой теме.

Интерфейс электрической цепи

Интерфейс Electrical Circuit (cir) (), расположенный в ветви AC/DC () при добавлении физического интерфейса, используется для моделирования токов и напряжений в цепях, включая источники напряжения и тока, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и полупроводниковые устройства. . Модели, созданные с помощью интерфейса Electrical Circuit, могут включать соединения с распределенными полевыми моделями. Физический интерфейс поддерживает стационарное моделирование в частотной и временной областях и решает законы сохранения Кирхгофа для напряжений, токов и зарядов, связанных с элементами схемы.

Когда этот физический интерфейс добавляется, он добавляет функцию «Заземленный узел» по умолчанию и связывает ее с нулевым узлом в электрической цепи.


	Узлы цепи — это узлы электрической цепи (электрические узлы), и их не следует путать с узлами в дереве построителя моделей программного обеспечения COMSOL Multiphysics. Имена узлов цепи не ограничиваются числовыми значениями, но могут содержать буквенно-цифровые символы.


	Индуктор в цепи усилителя: путь к библиотеке приложений ACDC_Module/Inductive_Devices_and_Coils/inductor_in_circuit

Имена устройств

Каждый компонент схемы имеет связанное имя устройства, которое состоит из префикса, идентифицирующего тип устройства, и строки. Строка может быть указана в окне настроек функции. Имя устройства используется для идентификации переменных, определенных компонентом, а также для функций импорта и экспорта SPICE.

Настройки

Метка — это имя физического интерфейса по умолчанию.

Имя используется в основном как префикс области действия для переменных, определяемых физическим интерфейсом. Обращайтесь к таким переменным физического интерфейса в выражениях, используя шаблон <имя>.<имя_переменной>. Чтобы различать переменные, принадлежащие разным физическим интерфейсам, строка имени должна быть уникальной. В поле «Имя» разрешены только буквы, цифры и знаки подчеркивания (_). Первый символ должен быть буквой.

Имя по умолчанию (для первого физического интерфейса в модели) — cir.

Сопротивление параллельно соединениям PN

Для численной стабильности большое сопротивление автоматически добавляется параллельно p-n переходам в диодах и устройствах BJT. Введите значение по умолчанию для сопротивления параллельно pn-переходам Rj (единица СИ: Ом). Значение по умолчанию: 1·1012 Ом.

Создание уникальных узлов для новых устройств

Если выбран этот параметр (по умолчанию), вновь добавленным устройствам будут назначены неиспользуемые имена узлов. Устройства будут отключены от остальной части цепи, а узлы должны быть обновлены, чтобы отразить фактические соединения цепи. Если этот параметр не выбран, новые устройства будут подключаться к узлам с наименьшим номером, начиная с 0,9.0005

•

Теория интерфейса электрических цепей

•

Подключение к электрическим цепям

Панель инструментов электрических цепей

Следующие узлы доступны на панели инструментов ленты «Электрическая цепь» (для пользователей Windows), в контекстном меню «Электрическая цепь» (для пользователей Mac или Linux) или при щелчке правой кнопкой мыши для доступа к контекстному меню (для всех пользователей):


	Для получения пошаговых инструкций и общих описаний документации это панель инструментов «Электрическая цепь».

•

Наземный узел

•

Вольтметр

•

Амперметр

•

Резистор

•

Конденсатор

•

Индуктор

•

Источник напряжения

•

Источник тока

•

Диод

•

Источник напряжения, управляемый напряжением1

•

Источник тока, управляемый напряжением1

•

Источник напряжения с регулируемым током1

•

Источник тока с регулируемым током1

•

Определение подсхемы

•

Экземпляр подсхемы

•

Взаимная индуктивность

•

Трансформатор

•

NPN BJT и PNP BJT2

•

n-канальный MOSFET и p-канальный MOSFET2

•

Внешний I по сравнению с U3

•

Внешний U по сравнению с I3

•

Внешний I-терминал3

•

Импорт контура SPICE

•

Экспорт цепи SPICE

1 Выбирается из подменю Зависимые источники при щелчке правой кнопкой мыши по основному узлу.

2 Выбирается из подменю «Транзисторы», когда вы щелкаете правой кнопкой мыши главный узел.

3 Выбирается из подменю «Внешние соединения», когда вы щелкаете правой кнопкой мыши главный узел.

Введение в простые электрические схемы — Edraw

В основных электрических схемах используются стандартные символы для компонентов цепи. Понимание электрических цепей имеет большое значение в настоящее время.

Поскольку все мы знаем, что современная жизнь в значительной степени зависит от электричества, для людей очень важно понимать простые электрические цепи. Простое введение в электрические схемы – хороший помощник для вас, чтобы лучше узнать электрические схемы.

Вы можете попробовать программное обеспечение для рисования электрических цепей, которое имеет встроенные стандартные электрические символы для быстрого и правильного рисования электрических цепей.

Универсальное программное обеспечение для построения диаграмм

Легко создавайте более 280 типов диаграмм

Легко начинайте строить диаграммы с помощью различных шаблонов и символов

Превосходная совместимость файлов: Импорт и экспорт чертежей в файлы различных форматов, например Visio
Кроссплатформенная поддержка (Windows, Mac, Linux, Интернет)

ПОПРОБУЙТЕ БЕСПЛАТНО

Безопасность подтверждена | Переключиться на Mac >>

ПОПРОБУЙТЕ БЕСПЛАТНО

Безопасность подтверждена | Перейти на Linux >>

ПОПРОБУЙТЕ БЕСПЛАТНО

Безопасность подтверждена | Переключиться на Windows >>

Определение электрических цепей

Электрическая цепь представляет собой замкнутый контур из проводящего материала, который позволяет электронам течь непрерывно без начала и конца. В электрической цепи от источника питания к нагрузке идет непрерывный электрический ток. Люди также говорят, что полный путь, обычно через проводники, такие как провода, и через элементы цепи, называется электрической цепью.

Электрическая цепь — это электрическое устройство, которое обеспечивает путь для прохождения электрического тока. После того, как вы получите определение электрической цепи, теперь мы собираемся показать вам три простые электрические цепи.

Цепь переключателя

Выключатель — это устройство для включения и отключения соединения в электрической цепи. Мы используем выключатели для освещения, вентиляторов, электрического фена и многого другого много раз в день, но мы редко пытаемся увидеть соединение внутри цепи переключателя. Функция переключателя заключается в подключении или замыкании цепи, идущей к нагрузке от источника питания. Он имеет подвижные контакты, которые обычно разомкнуты.

С помощью переключателя вы можете включать и выключать устройство, поэтому он является очень важным компонентом электрической цепи.

Цепь освещения постоянного тока

Как видно из рисунка ниже, в светодиодной лампе используется батарея постоянного тока. Аккумулятор двухполярный, один анодный, другой катодный. Причем анод положительный, а катод отрицательный. Также сама лампа имеет два конца, один положительный, а другой отрицательный. Таким образом, анод батареи подключается к положительной клемме лампы, а катод батареи подключается к отрицательной клемме лампы.

После того, как вышеуказанное соединение будет завершено, загорится светодиодная лампа. Хотя это простая электрическая схема, многие люди понятия не имеют, как правильно обращаться с подключением.

Цепь термопары

Если вы хотите создать устройство для измерения температуры или вам нужно добавить возможности измерения в большую систему, вам необходимо ознакомиться со схемами термопар и понять, как их проектировать. Термопара — это устройство, состоящее из двух разнородных проводников, которые соприкасаются друг с другом в одном или нескольких местах, и используется для измерения температуры.

Ветвь и узел электрической цепи

Как выбрать направление обхода контура

Первый закон Кирхгофа

Второй закон Кирхгофа.

Расчеты электрических цепей с помощью законов Кирхгофа.

контур, схема, расчет, разветвленные и линейные цепи

Принцип действия

Метки

Физические величины, характеризующие цепь

Обозначения элементов на схеме

Что называется электрической цепью

Энергия электрического поля

Основные компоненты

Что такое электрические цепи

Активные и пассивные элементы электрической цепи

Трехфазные электрические цепи

Графическое изображение

Виды цепей

Условные обозначения источников электрической энергии и элементов цепей

Методы соединения проводов

Энергия электромагнитного поля

Независимый контур

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

Что такое электрическая схема, ветвь, узел, контур.

Что такое электрическая схема, ветвь, узел, контур.

Метод контурных токов

Новости недвижимости

Стрелка в системе отопления зачем нужна

Электрическая цепь и её элементы. Электрическая схема, понятия: ветвь, узел, контур.

Метод контурных токов.Решение задач

Основные понятия

Общий план составления уравнений

В любом замкнутом контуре разветвленной электрической цепи

Содержание

Формулировка правил [ править | править код ]

Определения [ править | править код ]

Первое правило [ править | править код ]

Особенности составления уравнений для расчёта токов и напряжений [ править | править код ]

Пример [ править | править код ]

Закон излучения Кирхгофа [ править | править код ]

Закон Кирхгофа в химии [ править | править код ]

Компоненты, типы и связанные понятия

Роберт Хазен, доктор философии, Университет Джорджа Мейсона

Типы электрических цепей

Общие вопросы о вкладе

Продолжайте читать

Понимание электричества – код, схемы и конструкция

Компоненты

Зависимости

Краткое введение в схемы | electriceasy.com

Типы схем

Серийная цепь:

Параллельная цепь:

Понимание клетки как электрической цепи

Мембранная резистентность, R

Емкость мембраны, C

Комбинация R

Базовый эксперимент по фиксации напряжения

Определение состояния записи

Регистрирующий электрод в ванне

Приближение к клетке и формирование уплотнения

Конфигурация на ячейке

Микроманипулятор Scientifica PatchStar

Конфигурация цельной клетки

Текущий ответ в конфигурации цельных клеток

Теория и практика

Рекомендуемое чтение:

Интерфейс электрической цепи

Введение в простые электрические схемы — Edraw

Универсальное программное обеспечение для построения диаграмм

Определение электрических цепей

Цепь переключателя

Цепь освещения постоянного тока

Цепь термопары

Оставить комментарий Отменить ответ