Элементы электрической цепи. Закон Ома

Практическая электротехника - Электрические цепи постоянного тока

Электрическая цепь состоит из источника энергии иее приемников, в которых электрическая, энергия преобразуется в другие виды энергии — тепловую, лучистую, механическую
и т. д.

В качестве источников энергии в цепи могут использоваться электрохимические источники, солнечные батареи, термоэлектропреобразователи, электрические генераторы.

На полюсах источника энергии получаются различные уровни электрических зарядов, которые стремятся выравниться через электрическую
цепь под действием электродвижущей силы (э.д.с), подобно тому, как уровни воды в различных сосудах, соединенных между собой
трубкой, стремятся выравниться под действием давления водяного столба.

Э.д.с. имеет одинаковую природу с напряжением. В цепи с источником тока э.д.с. равна напряжению на зажимах источника тока при отсутствии тока в цепи, то есть при разомкнутой внешней цепи. Принято считать, что ток во внешней цепи направлен от положительного полюса (+) к отрицательному (—), то есть как бы от верхнего уровня к нижнему.

Различают источники э.д.с. и источники тока. У идеального источника э.д.с. напряжение на зажимах не должно меняться при любых токах нагрузки. В реальных условиях, однако, всякий источник э.дх. обладает собственным внутренним сопротивлением, на котором происходит падение напряжения при протекании тока в цепи. Поэтому на зажимах реального источника э.д.с. напряжение меняется в некоторых пределах в зависимости от тока нагрузки. На схемах реальный источник э.дх. изображают как последовательно соединенные источник э.д.с. и его внутреннее сопротивление (рис. 2.1, а).

В цепи с идеальным источником тока должен оставаться неизменным ток при любом сопротивлении приемника энергии. В реальных условиях в цепи, подключенной к источнику тока, сила тока меняется в некоторых пределах в зависимости от сопротивления приемника. Такой реальный источник тока на расчетных схемах изображают как идеальный, но с включенным на его зажимах параллельным резистивным элементом, сопротивление которого рарно внутреннему сопротивлению источника (рис. 2.1, б).

В замкнутой цепи, изображенной на рисунке 2.2, а, сила тока на всех участках цепи одинакова. Она зависит от э.д.с. Е источника и полного сопротивления R — величины, характеризующей противодействие электрической цепи току, и определяется законом Ома, выражающим зависимость между э.дс. Е (В), силой тока I (А) и сопротивлением R (Ом):

I = E/R. (2.1)

Сопротивление всей цепи R равно сумме сопротивлений наружного (внешнего) участка цепи R_H и внутреннего сопротивления источника тока R_BH:

R=R_H+R_BH.

Закон Ома может быть применен и ко всей цепи, и к отдельным ее участкам. Так, для электрической цепи, изображенной на рисунке 2.3, а, можно написать:

I = U₁/R₁; I = U₂/R₂; I = U₃/R_BH;

где I—'сила тока в цепи; U₁ —напряжение на сопротивлении R₁; U₂ — напряжение на сопротивлении R₂: U₃, — падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока Rвн.

Напряжение на внутреннем сопротивлении источника, а также на сопротивлениях цепи часто называют падением напряжения. Сумма напряжений на отдельных участках цепи равна электродвижущей силе (э.д.с.) источника:

U₁ + U₂ + U₃ = Е.

Из этого равенства следует, что напряжения и общая э.д.с. в цепи имеют разные знаки и их удобно представить графически.

Для большей наглядности и уяснения взаимодействия напряжений на элементах цепи и э.д.с. источника можно прибегнуть к графическому изображению (рис. 2.2, б и 2.3, б). Здесь длина отрезков, представляющих напряжения, пропорциональна их значениям (отрезки взяты в масштабе).

Стрелками на расчетных схемах указывают положительное направление э.д.с, напряжений и токов. Если сопротивление внешней цепи R_H стало небольшим по сравнению с внутренним сопротивлением R_BH источника и можно считать, что оно равно нулю, то в цепи возникает режим короткого замыкания источника энергии. Сила тока I_K, при этом может достигать очень больших значений, так как сопротивление R_вн во много раз меньше сопротивления токоприемников. Сила тока короткого замыкания:

I_K = E/R_BH.

Короткое замыкание происходит, например, при повреждении изоляции, когда провода, идущие от источника тока к токоприемнику, соединяются (замыкаются) между собой. В общем случае закон Ома может быть записан в трех вариантах:

I=U/R; U = IR; R = U/I.

Следует заметить, что закон, Ома в том виде, в каком он рассмотрен нами, применим только к цепям постоянного тока и цепям переменного тока с активным сопротивлением (лампы накаливания, нагревательные приборы, резисторы). Активным называется такое сопротивление, в котором происходит необратимый процесс превращения электрической энергии в другой вид энергии (тепло, свет и т. д.).

Следующая >

Последние новости

Самое популярное

Интересный канал о пчеловодстве и не только.

Элементы электрической цепи. Закон Ома