Материал: 2416

Скачать файл

Заказать новую работу

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Uи

R1 U1

–

Рис. 1.1. Схема электрической цепи

Направление тока в замкнутой электрической цепи принято от положительного полюса источника питания к отрицательному.

На всех участках неразветвленной электрической цепи протекает один и тот же ток. Для замкнутой неразветвленной электрической цепи (см. рис. 1.1) величина тока определяется по закону Ома:

I =		E			,	(1.1)
	R + R		2	+ r
	1			0

где Е – ЭДС источника питания; R1 и R2 – сопротивления резисторов; r0 – внутреннее сопротивление источника питания.

В электрической цепи различают два участка: внутренний и внешний. Источник является внутренним участком. Все остальные элементы относятся к внешнему участку.

Источник электрической энергии осуществляет направленное перемещение электрических зарядов по всей замкнутой цепи. Интенсивность направленного перемещения зарядов характеризует величину тока I.

Из уравнения (1.1) определим ЭДС.

E = I (R1 + R2 + r0 ) = I R1 + I R2 + I r0 .				(1.2)
Таким образом, при протекании тока в цепи на каждом элементе
возникают падения напряжения:
U		= I R	;
	1	1		(1.3)
U 2		= I R2 ;		(1.3)
U	0	= I r	,
	0	0
где U1 и U2 – падения напряжения на внешнем участке цепи; U0 – па-
дение напряжения на внутреннем участке цепи.
С учетом соотношений (1.3) уравнение (1.2) примет вид
E =U1 +U 2 +U0			=Uи +U0 ,	(1.4)
где Uи =U1 +U2 – напряжение на выходе источника питания.
Из уравнения (1.4)
Uи		= E −U0 ,		(1.5)
или
Uи		= E − I r0 .		(1.6)

Из уравнения (1.6) видно, что напряжение на выходе источника питания меньше ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника. С увеличением нагрузки во внешней цепи (например, уменьшением сопротивления R1) увеличивается ток (см. рис. 1.1), следовательно, увеличивается падение напряжения на

внутреннем сопротивлении		источ-	U
ника r0, что	приводит к уменьше-
			E
нию напряжения на выходе источ-				Ir0
ника питания.

Зависимость выходного напря-				Uи	I
жения источника питания от тока

нагрузки называется внешней ха-			Рис. 1.2. Внешняя характеристика
рактеристикой	источника	питания
(рис. 1.2).				источника питания

1.2. Способы соединения резисторов в электрических цепях

1.2.1. Последовательное соединение резисторов

Последовательное

соединение

рези-

сторов – это такое соединение, при кото-

ром через все участки цепи протекает

один и тот же ток (рис. 1.3).

Полное сопротивление цепи

R=R1+R2+R3.

(1.7)

По закону Ома

–

I =

(1.8)

+ R

В соответствии со вторым законом

Рис. 1.3. Последовательное

Кирхгофа

соединение резисторов

U=U1+U2+U3.

(1.9)

1.2.2. Параллельное соединение резисторов

Параллельное соединение резисторов – это такое соединение, при котором все участки цепи подключены к одной паре узлов, т.е. находятся под одним напряжением (рис. 1.4).

Для данной схемы

; I2

; I=I1+I2.

(1.10)

Используя уравнения (1.10), выведем

–

соотношения

для

определения

полного

сопротивления всей цепи:

Рис. 1.4. Параллельное

(1.11)

соединение резисторов

Разделим обе части уравнения (1.11) на величину U:

(1.12)

Из уравнения (1.12)

R1 R2

R =

(1.13)

R + R

1.3. Режимы работы источников питания

–

Рис. 1.5. Схема неразветвленной цепи с четырьмя источниками питания

Рассмотрим неразветвленную цепь с четырьмя источниками питания (рис. 1.5). Источники ЭДС Е1, Е2, Е4 включены согласно друг с другом. Источник ЭДС Е3 по отношению к ним включен встречно. Направление тока в такой цепи определяется направлением суммарной большей ЭДС, действующей в данном контуре.

Допустим, что Е3<Е1+Е2+Е4, тогда ток в данной цепи будет направ-

лен против часовой стрелки.

Источник, ЭДС которого имеет одинаковое направление с током (в данном случае Е1, Е2, Е4), работает в режиме генератора. Напряжение такого источника меньше ЭДС этого источника на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника.

U = E − I r0 .

(1.14)

Источник, направление ЭДС которого противоположно току (в данном случае Е3), уменьшает ток в цепи и работает в режиме нагрузки, т.е. является потребителем электрической энергии. Напряжение такого источника

U = E + I r0 .

(1.15)

Таким образом, у источников в режиме генератора напряжение меньше ЭДС, а в режиме потребителя – больше ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника.

1.4. Баланс мощностей электрической цепи

Любой источник питания имеет определенный запас энергии, которая расходуется в приемниках электрической энергии. В элементах электрической цепи происходит преобразование одного вида энергии в другой. Скорость такого преобразования энергии определяет электрическую мощность Р.

P =	A	=	I U t	= I U ,	(1.16)
	t		t

где А – работа, или электрическая энергия; t – время.

Ввыражении (1.16) работа измеряется в джоулях (Дж), мощность

–в ваттах (Вт), время в секундах (с). Практической единицей измерения электрической энергии является киловатт-час (кВт·ч), т.е. работа, совершаемая при неизменной мощности 1 кВт в течение одного часа.

Для источника ЭДС, направление которой совпадает с направлением тока, мощность считается положительной.

P=E·I.	(1.17)
Если направления ЭДС и тока противоположны, то
P=–E·I.	(1.18)
Для приемников электрической энергии,	в частности для рези-

сторов, мощность можно определить через величину сопротивления, заменив по закону Ома U=I·R:

P=U·I=I2·R,

(1.19)

где U – падение напряжения на сопротивлении R.

В любой электрической цепи должен соблюдаться энергетический баланс – баланс мощностей, т.е. алгебраическая сумма мощностей всех источников энергии должна быть равна алгебраической сумме мощностей всех приемников электрической энергии

∑Pи = ∑Pп .

Вкачестве примера составим баланс мощностей для цепи на рис.

1.5:

E1 I + E2 I − E3 I + E4 I =							+ I 2 r .(1.20)
= I 2 R	+ I 2 R	2	+ I 2 R + I 2	r	+ I 2 r	+ I 2 r	+ I 2 r .(1.20)
1		2	3	01	02	03	04

			1.5. Потенциалы точек электрической цепи.
					Потенциальная диаграмма
		E4	r04		E3	r03		В любом замкнутом контуре
		E4	r04	R3	E3	r03		можно рассчитать потенциалы
		+	–	R3	–	+		можно рассчитать потенциалы
З			Ж		–	+	Г	точек электрической цепи и по
			Ж		Д			их значениям определить на-
			I				R2	пряжение на любом участке це-
		–	+		–	+		пи.	Вычислим	потенциалы то-
О		–	+		–	+	В	чек,	обозначенных в рассматри-
О		E1			Б	E2	В	чек,	обозначенных в рассматри-
		E1	А	R1	Б	E2		ваемой схеме (рис. 1.6).
		r01				r02		В этой схеме, как было ска-
	Рис. 6. Схема для расчета по енциалов							зано	выше,	источники	ЭДС
		Рис. 1.6. Схема для расчета						Е1+Е2+Е4 работают в режиме ге-
				точек цепи
	потенциалотдельныхв отдельных точек цепи
								нератора, а источник ЭДС Е3 ра-
ботает в режиме нагрузки, ток направлен против часовой стрелки.
		Для расчета потенциалов точек замкнутого контура электриче-
ской цепи выбирается исходная точка, от которой начинается расчет.
Потенциал этой точки принимается равным нулю (условно ее соеди-
няют с массой). В данной схеме за исходную взята точка О (см. рис.
1.6).		Таким образом, φО=0. Относительно этой точки в направлении
		Таким образом, φО=0. Относительно этой точки в направлении
протекания тока рассчитываются потенциалы всех точек контура.
		Если на участке между двумя точками включен источник пита-
ния, работающий в режиме генератора, то потенциал последующей
точки будет больше потенциала предыдущей на величину напряже-
ния этого источника.						ϕА =ϕО +(E − I r01 ) .					(1.21)
						ϕА =ϕО +(E − I r01 ) .					(1.21)
		Если на участке между двумя точками включен приемник элек-
трической энергии, то потенциал последующей точки будет меньше
потенциала предыдущей на величину падения напряжения на этом
участке.						ϕБ =ϕА − I R1 .					(1.22)
						ϕБ =ϕА − I R1 .					(1.22)
		Запишем уравнения для потенциалов остальных точек цепи:
						ϕВ =ϕБ +(E2 − I r02 ) ;					(1.23)
							ϕГ =ϕВ − IR2 ;				(1.24)
						ϕД	=ϕГ −(E3 + I r03 ) ;				(1.25)
							ϕЖ =ϕД − I R3 ;				(1.26)
								14

Смотрите также:


«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
Значение, сущность и содержание социально — педагогической деятельности в организации для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей
__RGR2
__RGR2
_11_А. Франс для эл версии
_индив анализ данных
- Интерфейс 485 и оптопорт 11
!!!Вопросы_Философские проблемы техники