Меню

Электрические цепи постоянного тока введение

Раздел 1 Введение в электротехнику. Электрические цепи постоянного тока

date image2020-06-08
views image194

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

1. По закону Ома для участка цепи …

2. Для одного из узлов справедливо уравнение …

3. Если Е = 60 В. R =10 Ом, то ток I источника равен …

4. Какие точки не являются узлами.

5. Если Е = 100 В., a U=90 В (см. рис.), то во внутреннем сопротивлении источника преобразуется в теплоту … % его энергии.

6. Основные режимы работы электрических цепей.

= Режим холостого хода;

7. При заданной ВАХ приёмника напряжение на нём, при токе 5 А, составит … .

8. При заданной ВАХ приёмника его сопротивление составит … .

9. Если величина R равна 50 Ом, то активная проводимость цепи G,составит … .

10. Количество ветвей в данной схеме составляет …

11. Количество узлов в данной схеме составляет …

12. Электрическая цепь, у которой электрические напряжения и электрические токи связаны друг с другом линейными зависимостями, называется …

= Линейной электрической цепью;

Нелинейной электрической цепью.

13. Если E = 10 В, Uab = 30 В, R = 10 Ом, то … на участке электрической цепи равен 2 А.

14. Плотность тока не измеряется в … .

15. Как называется точка, где сходятся соединения не менее трех ветвей … .

16. Законам Кирхгофа соответствуют … .

17. Второму закону Кирхгофа соответствует уравнение .

18. Для цепи, схема которой изображена на рисунке, верным является соотношение .

19. Уравнение баланса мощностей имеет вид .

20. Сколько всего законов у Кирхгофа … .

21. Первому закону Кирхгофа соответствует уравнение …

22. Количество узлов на рисунке составляет …

23. Если резисторы имеют сопротивления: R1 = 2 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 6 Ом, то эквивалентное сопротивление цепи будет равно …

24. Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям электрической цепи, это …

25. Для контура с R2, R3, R5, справедливо уравнение по второму закону Кирхгофа …

26. Для узла «а» справедливо следующее уравнение по первому закону Кирхгофа …

27. Общее количество независимых уравнений по законам … , необходимое для расчета токов в ветвях заданной цепи, равно 5.

28. Какой закон записан … .

29. Единицей измерения сопротивления участка электрической цепи является … .

30. Если токи в ветвях составляют І2 = 10 А и І4 = 4 А, то ток І5 будет равен …

31. Если R =1 Ом, то эквивалентное входное сопротивление Rэ цепи

32. ЭДС генератора постоянного тока Е = 110 В, его внутреннее сопротивление R = 2 Ом. При токе I =10 А показание вольтметра равно …

Источник

Электрическая цепь постоянного тока и ее характеристики

Человечество давно научилось использовать электрические явления природы в своих практических целях для получения, использования, а также преобразования энергии. Такое действие достигается путем применения определенных устройств. Элементы оборудования в совокупности образуют систему. Такая система известна, как электрическая цепь.

Элементы цепи

Электрическая цепь содержит в себе такие составляющие, как источники энергии, потребители, а также соединяющие их провода.

Существуют дополнительные приборы цепи, например, выключатели, измерители тока и защитные аппараты.

Источниками энергии в схеме такой цепи выступают аккумуляторы, генераторы тока и гальванические элементы. Их еще называют источниками питания.

В приемниках электрической цепи электроэнергия преобразовывается в другой тип энергии. Таким оборудованием бывают двигатели, нагреватели, лампы и т. д.

Стоит отметить, что система может быть внешней и внутренней. Они отличаются наличием приемника. Открытая цепь имеет его в своем составе, а закрытая — только источник тока.

Электрическая цепь постоянного тока

Ток, величина которого не меняется с течением времени, называется постоянным.

Цепь, через которую проходит такой источник электричества, имеет замкнутую систему. Это электрические цепи постоянного тока. Их составляют различные элементы.

Для обеспечения постоянного источника энергии в системе применяются конденсаторы. Они способны накапливать запасы электрических зарядов.

Электрическая цепь

Емкость конденсатора зависит от размера его металлических пластин.

Чем они больше, тем больший заряд может накопить этот элемент электрической цепи постоянного тока. Электрическую емкость изменяют в таких единицах, как фарада (ф). На схеме этот элемент выглядит следующим образом.

Схема электрической цепи

Вместе с источниками и приемниками тока эти элементы образуют электрические цепи постоянного тока.

Последовательное соединение в цепи

Большое количество электрических цепей состоят из нескольких приемников тока. Если эти элементы соединены друг с другом последовательно, то конец одного приемника присоединен к началу другого. Это последовательное соединение системы.

Электрические цепи постоянного тока

Сопротивление в этой электрической цепи приравнивается к сумме сопротивлений всех проводников системы. Они удлиняют пути прохождения тока, который будет одинаковым на отдельных участках системы.

Схема электрической цепи в классическом варианте содержит последовательно присоединенные проводники и нагляднее всего описывается таким прибором, как электрогирлянда.

Недостатком такой системы является тот факт, что в случае выхода из строя одного проводника, система не будет работать вся целиком.

Параллельное соединение цепи

Схема электрической цепи параллельного типа соединения элементов является системой, в которой начало содержащихся в ней проводников соединяются в одной точке, а концы их — в другой. Электрический ток в такой электрической системе имеет несколько вариантов пути прохождения. Он распределяется обратнопропорционально сопротивлению приемников энергии.

Читайте также:  Как найти силу тока вольтметра

Сопротивление электрической цепи

Если у потребителей величина сопротивления одинаковая, то через них будет проходить одинаковый ток. В случае когда у одного приемника энергии сопротивление меньше, через него может пройти больше тока, чем через другие элементы системы.

Электрическая цепь и электрический ток, протекающий по ней, характеризуют электромагнитные процессы при помощи напряжения и силы тока. Сумма отдельно взятых элементов системы будет равна току в точке их соединения.

Присоединяя к такой цепи новые элементы, сопротивление системы будет уменьшаться. Это связано с увеличением общего сечения проводников при соединении нового потребителя электроэнергии. Позитивной характеристикой такого способа соединения цепи является автономность каждого элемента.

При отключении одного потребителя, совокупное сечение проводников уменьшается, а сопротивление электрической цепи становится большим.

Смешанное соединение в цепи

Смешанный вариант соединения довольно распространен в сфере производства электротехники.

Электрическая цепь и электрический ток

Эта цепь содержит в себе одновременно принцип последовательного и параллельного присоединения проводников.

Чтобы определить сопротивление нескольких потребителей такой схемы, находят отдельно сопротивление всех параллельно и последовательно присоединенных проводников. Их приравнивают к единому проводнику, что в итоге упрощает всю схему.

Режимы работы цепи

Опираясь на показатели нагрузки, различают такие режимы функционирования цепи: номинальный, холостой ход, замыкание и согласование.

При номинальной работе система выполняет характеристики, заявленные в техпаспорте оборудования. Холостой ход образуется в случае обрыва цепи. Этот режим работы относится к аварийным. Электрическая цепь в режиме короткого замыкания имеет сопротивление, которое равно нулю. Это также аварийный режим.

Согласование характеризуется перемещением наибольшей мощности от источника энергии к проводнику. В таком режиме нагрузка равняется сопротивлению источника питания.

Ознакомившись с основными характеристиками и видами такой системы, как электрическая цепь, становится возможным понять принцип функционирования любого электрооборудования. Данное устройство работы системы применяется к любому электрическому бытовому прибору. Применяя полученные знания, можно понять причину поломки оборудования или оценить правильность его работы в соответствии с техническими характеристиками, заявленными производителем.

Источник

Электрические цепи постоянного тока (1)

Главная > Реферат >Физика

по дисциплине «Электротехника»

на тему: «Электрические цепи постоянного тока»

1.Электрические цепи постоянного тока

Основные понятия, определения и законы

Расчет линейных электрических цепей с использованием законов Ома и Кирхгофа

Основные методы расчета сложных электрических цепей

Метод контурных токов

Метод узловых потенциалов

Метод эквивалентного генератора

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1.1 Основные понятия, определения и законы

Электрической цепью называют совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об ЭДС, токе и напряжении.

Элемент электрической цепи, параметры которого (сопротивление и др.) не зависят от тока в нем, называют линейным, в противном случае — нелинейным.

Линейная электрическая цепь — цепь, все элементы которой являются линейными.

Нелинейная электрическая цепь — цепь, содержащая хотя бы один нелинейный элемент.

Электрическая схема — графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения ее элементов и способы их соединения. Электрическая схема простейшей электрической цепи с источником ЭДС, обладающим внутренним сопротивлением R 0 , и приемником электрической энергии с сопротивлением R н , представлена на рис. 1.1.

Ветвь электрической цепи (схемы) — участок цепи с одним и тем же током. Ветвь может состоять из одного или нескольких последовательно соединенных элементов. Количество ветвей в электрической схеме принято обозначать буквой « p ».

Узел — место соединения трех и более ветвей. Ветви, присоединенные к одной паре узлов, называют параллельными. Число узлов принято обозначать буквой « q ».

Контур — любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

Независимый контур — контур, в состав которого входит хотя бы одна ветвь, не принадлежащая другим контурам. Число независимых контуров в электрической схеме n = p — ( q — 1).

В электрической схеме, представленной на рис. 1.2, три узла ( q = 3), пять ветвей ( p = 5), шесть контуров и три независимых контура ( n = 3). Между узлами 1 и 3 имеются две параллельные ветви с источниками ЭДС Е 1 и Е 2 , между узлами 2 и 3 также имеются две параллельные ветви с резисторами R 1 и R 2 .

Условные положительные направления ЭДС источников, токов в ветвях и напряжений между узлами или на зажимах элементов цепи необходимо задать для правильной записи уравнений, описывающих процессы в электрической цепи или ее элементах. На электрических схемах их указывают стрелками (см. рис. 1.2):

а) для ЭДС источников — произвольно, при этом полюс (зажим), к которому направлена стрелка, имеет более высокий потенциал по отношению к другому полюсу (зажиму);

б) для токов в ветвях, содержащих источники ЭДС — совпадающими с направлением ЭДС, во всех других ветвях — произвольно;

Читайте также:  Ощущение такое как будто ток по телу

в) для напряжений — совпадающими с направлением тока в ветви или элементе цепи.

Источник ЭДС на электрической схеме можно заменить источником напряжения, при этом условное положительное направление напряжения источника задается противоположным направлению ЭДС (см. рис. 1.2, напряжения U 1 и U 2)

Закон Ома для участка цепи:

I = U / R или U = RI . (1.1)

Для ветви 1 – 2 (см. рис. 1.2): U 3 = R 3 I 3 – называют напряжением или падением напряжения на резисторе R 3 , I 3 = U 3 / R 3 – ток в резисторе.

Первый закон Кирхгофа: сумма токов в узле равна нулю

где т — число ветвей, подключенных к узлу.

При записи уравнений по первому закону Кирхгофа токи, направленные к узлу, берут с одним знаком, как правило со знаком «плюс», а токи, направленные от узла, — с противоположным знаком. Например, для узла 1 (см. рис. 1.2) I 1 + I 2 — I 3 = 0.

Второй закон Кирхгофа. Формулировка 1 : сумма ЭДС в любом контуре электрической цепи равна сумме падений напряжений на всех элементах этого контура

где n — число источников ЭДС в контуре, m — число элементов с сопротивлением R k в контуре, U k = R k I k — напряжение или падение напряжения на k -м элементе контура.

Формулировка 2: сумма напряжений на всех элементах контура, включая источники ЭДС, равна нулю, т. е.

При записи уравнений по второму закону Кирхгофа необходимо:

задать условные положительные направления ЭДС, токов и напряжений;

выбрать направление обхода контура, для которого записывается уравнение;

записать уравнение, пользуясь одной из формулировок, причем слагаемые, входящие в уравнение, берут со знаком «плюс», если их условные положительные направления совпадают с направлением обхода контура, и со знаком «минус», если они противоположны.

Например, для контура II (см. рис. 1.2) при указанном направлении обхода уравнения имеют вид

E 2 = R 02 I 2 + R 3 I 3 + R 4 I 4 ( формулировка 1)

– U 2 + U 02 + U 3 + U 4 = 0. (формулировка 2)

Вторым законом Кирхгофа можно пользоваться и для определения напряжения между двумя произвольными точками схемы. Для этого в уравнения (1.3) необходимо ввести напряжение между этими точками, которое как бы дополняет незамкнутый контур до замкнутого. Например, для определения напряжения U ab (см. рис. 1.2) можно написать уравнение U 0l – U 02 – U ab = 0, откуда U ab = E 1 – E 2 = U 1 – U 2 .

Закон Джоуля-Ленца: количество теплоты, выделяемой в элементе электрической цепи, обладающем сопротивлением R, за время t равно:

Q = PI 2 t = GU 2 t = UIt = Pt, (1.4)

где G = 1 / R – электрическая проводимость, Р = UI – электрическая мощность.

1.2 Расчет линейных электрических цепей с использованием

законов Ома и Кирхгофа

Законы Ома и Кирхгофа используют, как правило, при расчете относительно простых электрических цепей с небольшим числом контуров, хотя принципиально с их помощью можно рассчитать сколь угодно сложные электрические цепи. Однако решение в этом случае может оказаться слишком громоздким и потребует больших затрат времени. По этой причине для расчета сложных электрических цепей разработаны более рациональные методы расчета, основные из них рассмотрены ниже.

При расчете электрических цепей в большинстве случаев известны параметры источников ЭДС или напряжения, сопротивления элементов электрической цепи, и задача сводится к определению токов в ветвях цепи. Зная токи, можно найти напряжения на элементах цепи, мощность отдельных элементов и электрической цепи в целом, мощность источников и др.

Для определения токов в ветвях электрической цепи необходимо составить систему из « p » уравнений и решить ее относительно токов. При этом по первому закону Кирхгофа записывают ( q – 1) уравнений для любых узлов цепи, а недостающие n = p – ( q – 1) уравнений записывают по второму закону Кирхгофа для n независимых контуров.

1.3 Основные методы расчета сложных электрических цепей

Источник



Конспект по электротехнике на тему » Электрические цепи постоянного тока»

Электрические цепи постоянного тока .

Понятие об электрических цепях , электрический ток , электродвижущая сила , закон Ома , электрическое сопротивление и проводимость .

Электрическая цепь – это совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, электрическом токе и электрическом напряжении.

Любая электрическая цепь состоит из следующих трех групп элементов, выполняющих определенную функцию:

— источники электрической энергии;

— приемники электрической энергии;

Источники электрической энергии (активные элементы) – это элементы электрической цепи, в которых происходит преобразование химической, тепловой, механической и других видов энергии в электрическую. Источниками электрической энергии являются, например, гальванические элементы, аккумуляторы, солнечные батареи, генераторы электрических станций и др.

Приемники электрической энергии (пассивные элементы) – это элементы электрической цепи, в которых происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии, а также ее запасание. Приемниками электрической энергии являются электрические двигатели, лампы накаливания, нагревательные элементы, громкоговорители, резисторы, конденсаторы, индуктивные катушки и др.

Вспомогательные элементы – это элементы электрической цепи, предназначенные для защиты, измерения, соединения источников и приемников электроэнергии и других вспомогательных функций. Вспомогательными элементами являются выключатели, предохранители, измерительные приборы, соединительные провода, разъемы и др. Для подключения к остальной части цепи каждый элемент цепи имеет внешние выводы, называемые также зажимами или полюсами. В зависимости от числа внешних выводов различают двухполюсные (резистор, конденсатор, катушка индуктивности) и многополюсные (транзистор, трансформатор, электронная лампа и др.) элементы.

Читайте также:  Сила тока исходя из мощности

В теории цепей предполагается, что каждый элемент цепи полностью характеризуется зависимостью между током и напряжениями на его зажимах, при этом процессы, имеющие место внутри элементов, не рассматриваются. В основе теории электрических цепей лежит принцип моделирования. В соответствии с этим принципом реальные элементы цепи заменяются их упрощенными моделями, построенными из идеализированных элементов. Используют пять основных типов идеализированных двухполюсных элементов: — идеальный резистор; — идеальный конденсатор; — идеальная индуктивная катушка; — идеальный источник напряжения; — идеальный источник тока.

В простейшем случае модель реального элемента может состоять из одного идеализированного элемента, в более сложных случаях она представляет собой соединение нескольких идеализированных элементов. Например, моделью реальной индуктивной катушки может быть последовательное соединение идеальной индуктивности и идеального резистора, учитывающего сопротивление проводов катушки. Кроме двухполюсных использую также многополюсные идеализированные элементы – управляемые источники тока и напряжения, идеальные трансформаторы и др.

Графические обозначения в электрических схемах

hello_html_m3cb1c73f.pnghello_html_m467c7760.png

Направленное движение заряженных частиц называется электрическим током.

За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов. Для существования электрического тока в проводнике необходимо создать в нем электрическое поле.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда Δ q , переносимого через поперечное сечение проводника (рис. 1) за интервал времени Δ t , к этому интервалу времени: I =Δ q Δ t

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным .

Рисунок 1.Упорядоченное движение электронов в металлическом проводнике и ток I . S – площадь поперечного сечения проводника, E −→ – электрическое поле hello_html_m2a07a164.png

В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в Амперах (А). Единица измерения тока 1 А устанавливается по магнитному взаимодействию двух параллельных проводников с током.

Немецкий физик Г. Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I , текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника:

Величину R принято называть электрическим сопротивлением . Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором . Данное соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит Ом (Ом). Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток силой 1 А.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными . Графическая зависимость силы тока I от напряжения U (такие графики называются вольт-амперными характеристиками , сокращенно ВАХ) изображается прямой линией, проходящей через начало координат. Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при токах достаточно большой силы наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.

Для участка цепи, содержащего ЭДС, закон Ома записывается в следующей форме: IR = U 12= ϕ 1− ϕ 2+ E =Δ ϕ 12+ E ; I = UR

Это соотношение принято называть обобщенным законом Ома или законом Ома для неоднородного участка цепи .

На рис. 1.8.2 изображена замкнутая цепь постоянного тока. Участок цепи ( cd ) является однородным. hello_html_c319da9.jpg

Цепь постоянного тока По закону Ома

Участок ( ab ) содержит источник тока с ЭДС, равной E.

По закону Ома для неоднородного участка, Ir =Δ ϕab +E

Сложив оба равенства, получим: I ( R + r )=Δ ϕ cd +Δ ϕ ab + E

Но Δ ϕ cd =Δ ϕ ba =−Δ ϕ ab .

Поэтому : I = E R + r

Эта формула выражает закон Ома для полной цепи : сила тока в полной цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи (внутреннего сопротивления источника).

Сопротивление r неоднородного участка на рис. 1.8.2 можно рассматривать как внутреннее сопротивление источника тока . В этом случае участок ( ab ) на рис. 1.8.2 является внутренним участком источника. Если точки a и b замкнуть проводником, сопротивление которого мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника ( R ≪ r ), тогда в цепи потечет ток короткого замыкания

Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой E и внутренним сопротивлением r . У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей.

Источник