Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников

Электрические цепи.

Последовательное и параллельное соединения проводников

Электрический ток в физике — это упорядоченное движение заряженных частиц.

Электрическая цепь — это совокупность устройств, предназначенных для прохождения электрического тока.

Самая простая электрическая цепь состоит из источника тока, приемника (потребителя) и системы передачи (провода). Для того чтобы эти элементы стали полноценной цепью, они должны быть правильно соединены между собой. Кроме того, цепь должна быть замкнутой.

Источник тока — это устройство, в котором различные виды энергии преобразуются в электрическую:

1.                  Первичные источники — преобразуют неэлектромагнитную энергию в электрическую: аккумулятор, гальванический элемент, генератор, батарейки.

2.                  Вторичные источники — всегда работают только с электрической энергией: выпрямители, инверторы, трансформаторы.

Потребитель — это устройство, в котором электрическая энергия превращается в другие виды энергии (лампа, нагреватель, электродвигатель).

Накопитель — это устройство, которое накапливает, а затем отдает обратно в цепь электромагнитную энергию (конденсатор, катушка индуктивности).

Аппараты включения/выключения — рубильники.

Приборы для измерения величин — амперметры, вольтметры.

Аппараты защиты — предохранители.

Резисторы — элементы цепи, которые обладают сопротивлением.

Электрическая цепь делится на:

1.                  Внутреннюю часть. Сюда относится источник энергии.

2.                  Внешнюю часть. В нее входят все остальные элементы — все то, что присоединено к зажимам источника.

Виды электрических цепей

Электрические цепи могут представлять собой:

1.                  Цепи постоянного тока — это цепи, в которых ток не меняет свое направление, полярность источников ЭДС постоянна.

2.                  Цепи переменного тока — это цепи, в которых ток изменяется во времени.

3.                  Разветвленными — в каждой ветви течет свой ток.

4.                  Неразветвленными — во всех элементах цепи течет один и тот же ток.

5.                  Линейными — все компоненты линейные (описываются линейными дифференциальными уравнениями).

6.                  Нелинейными — имеются нелинейные элементы.

Элементы электрической цепи делятся на:

1.                  Активные — источники ЭДС, электродвигатели, аккумуляторы во время зарядки.

2.                  Пассивные — электроприемники, соединительные провода.

Условные обозначения основных элементов цепи:

Все элементы соединяются двумя способами:

1.                  Последовательный способ — компоненты соединены в последовательную цепь.

2.                  Параллельный способ — компоненты соединены в параллельную цепь.

Причем для этих способов справедливы следующие утверждения:

Последовательное соединение:

I=I₁=I₂

U=U₁+U₂

R=R₁+R₂, где параметры

I — сила тока (А).

U — напряжение (В).

R — сопротивление (Ом).

Параллельное соединение:

I=I₁+I₂

U=U₁=U₂

1/R=1/R₁+1/R₂

Схемы, основные формулы

Для характеристики электрической цепи используют схему.

Основные термины для понимания схемы:

1.                  Ветвь — такой участок цепи, вдоль которого течет один и тот же ток.

2.                  Узел — соединение ветвей цепи.

3.                  Контур — последовательность ветвей, которая образует замкнутый путь.

Примеры схем:

Основные законы, применяемые для расчета цепей:

1.                  Закон Ома.

2.                  Правила Кирхгофа.

Закон Ома.

·                     I — сила тока(А);

·                     ε — ЭДС источника напряжения (В);

·                     R — сопротивление внешних элементов(Ом);

·                     r — внутреннее сопротивление(Ом).

Для участка цепи: I=U/R, где: 

·                     I — сила тока (А);

·                     U — напряжение (В);

·                     R — сопротивление (Ом).

Правила Кирхгофа:

Правило 1

Алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в каждом узле любой цепи, равна нулю.

Правило 2

Алгебраическая сумма напряжений на резистивных элементах замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС, входящих в этот контур.

Примеры решения задач

№1. Найти сопротивление электрической цепи, если R₁=10 Ом, R₂=20 Ом, R₃=30 Ом.

Решение:

Так как соединение последовательное, то справедливо уравнение: R=R₁+R₂, а значит

Ответ: 60 Ом.

№2. Вольтметр, подключенный к лампочке, показывает U=4 В, а амперметр I=2 А. Найти внутреннее сопротивление r источника тока, к которому эта лампочка присоединена, если ЭДС источника ε =5 В.

Решение:

Ответ: 0,5 Ом.