ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.1. Интегральные величины электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

Интегральными величинами являются ток, напряжение, мощность, которые уже рассматривались в курсе физики.

1. Электрический ток – это явление направленного движения заряженных частиц.

Количественную меру этого движения в ГОСТе определяют как силу тока. Но в электротехнических дисциплинах принято говорить просто – ток.

Величину тока определяют как скорость изменения заряда во времени:

i = lim	∆q	= dq	,
t→0	∆t	dt

где q – заряд.

Так как током называют и явление, и его количественную меру, у многих складывается впечатление, что ток – величина векторная. Стрелкой на схеме обозначают направление движения положительно заряженных частиц.

Если величину тока определить упрощенно, то это – количество зарядов через поперечное сечение проводника в единицу времени. Очевидно, что эта величина скалярная.

В результате расчетов ток может получиться с разными знаками. Ток положительный, если его выбранное направление совпадает с направлением движения положительных зарядов.

Ток измеряют в амперах (А). Французский академик Андре Мари Ампер ввел понятие электрического тока.

Человек начинает ощущать ток в своем теле при его величине 0,005 А. Ток 0,05 А опасен для жизни. Ток в люминесцентной лампе0,15 А, в лампе накаливания – (0,2–1) А, в холодильнике – (0,5–0,8) А, в бытовых нагревательных приборах – (2–8) А, в электродвигателе трамвайного вагона– от 100 А и выше,в индукторе печи для плавления алюминия – 18000 А.

2. Напряжение – количество энергии, затраченной на перемещение единичного заряда из одной точки электромагнитного поля в другую:

u = lim	∆W	= dW	,
q→0	∆q	dq

где W – энергия.

Потенциал – количество энергии, затраченной на перемещение единичного заряда из бесконечности в какую-либо точку электромагнитного по-

 Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие

-11-

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.1. Интегральные величины электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

ля. Отсюда напряжение – это разность потенциалов.

Эта величина тоже скалярная, может быть положи- 1 тельной и отрицательной. Напряжение положительно, если потенциал точки 1, из которого направлена стрелка u12

	u 12	(рис. 1.1), выше потенциала точки 2. Индексация показывает
		направление – ко второму индексу.
2		Единица измерения напряжения – вольт (В). Названа в
Рис. 1.1		честь итальянца Алесандро Вольта, создателя первого ис-
		точника электрической энергии – «вольтова столба». Он

первым ввел понятие напряжения.

3. Мощность – это скорость изменения энергии во времени:

	p = lim		∆W		= dW .
		t→∞	∆t		dt
	Умножим и разделим на dq :
	p =	dW		dq	= u i .
		dq		dt

Следовательно, мощность – это произведение напряжения на ток. Единица измерения мощности в общем случае – В А.

1.2. Элементысхемзамещения электрическихцепей

Электрическая цепь – это совокупность генерирующих, приемных и вспомогательных устройств, соединенных между собой электрическими проводами.

В теории электрических цепей (ТЭЦ) оперируют не реальными электрическими цепями, а их схемами замещения.

Электрическая схема замещения – это графическое изображение электрической цепи идеализированными элементами, которые учитывают явления, происходящие в реальной цепи.

Генерирующие устройства преобразуют различные виды энергии (механическую, химическую, тепловую, световую) в электрическую.

Роль источника энергии заключается в поддержании разности потенциалов. Для этого нужны силы неэлектрического происхождения (сторонние силы), совершающие работу против сил электрического поля.

В ТЭЦ различают два вида идеализированных источников энергии: идеальный источник ЭДС (рис. 1.2,а) и идеальный источник тока (рис. 1.2,б).

У идеального источника ЭДС сопротивление бесконечно мало. Вследствие этого напряжение на зажимах источника при изменении нагрузки не

 Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие

-12-

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.2. Элементы схем замещения электрических цепей

меняется, а меняется ток. Стрелка источника показывает направление увеличения потенциала.

У идеального источника тока (рис. 1.2, б) сопротивление бесконечно велико. Поэтому при изменении нагрузки ток источника тока не меняется, а меняется напряжение на его зажимах. Величины внутренних сопротивлений учтены в условных обозначениях: закоротка в кружке идеального источника ЭДС и разрыв – у идеального источника тока.

Идеальных устройств в реальной жизни нет. Реальный источник ЭДС обладает небольшим сопротивлением (рис. 1.3, а). Реальный источник тока обладает большим, но конечным сопротивлением (рис. 1.3, б).

	+	+	e
e	j	_	j	Rвн
	_		Rвн
	а	б	a	б
	Рис. 1.2		Рис. 1.3

Приемные устройства образуют внешнюю часть схемы.

Различают три идеализированных приемных элемента (рис. 1.4, а, б, в).

R		L			C
а		б			в
	Рис. 1.4

1.Резистивный элемент, или идеальный резистор (рис. 1.4, а), учи-

тывает преобразование электрической энергии в другие виды энергии. Обладает сопротивлением R , которое измеряют в омах (Ом).

2.Индуктивный элемент, или идеальная индуктивная катушка

(рис. 1.4, б), учитывает энергию магнитного поля катушки, а также ЭДС самоиндукции. Обладает индуктивностью L , которую измеряют в генри (Гн).

3. Емкостный элемент, или идеальный конденсатор (рис. 1.4, в),

учитывает энергию электрического поля конденсатора, а также токи смещения. Обладает емкостью С, измеряемой в фа-

	C		радах (Ф).
			Элементы электрических цепей различ-
			ным образом соединяют между собой.
	R	L	В реальных электрических цепях есть
			реальные резисторы, индуктивные катушки и
	Рис. 1.5		конденсаторы. В схемы замещения реальных
			деталей входят все три идеальных элемента, но

 Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие

-13-

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.2. Элементы схем замещения электрических цепей

количественно значения их параметров существенно различны.

Рассмотрим схему замещения реальной индуктивной катушки, которую содержат большинство электротехнических устройств. Индуктивная катушка греется, что учитывает резистивный элемент (рис. 1.5), в ней наводится ЭДС (индуктивный элемент). Емкостный элемент учитывает энергию электрических полей между витками.

1.3.Геометрическиеэлементысхемзамещения

1.Ветвь – часть электрической схемы, состоящая из одного или нескольких последовательно соединенных источников и приемников энергии, ток в которых один и тот же.

Можно сформулировать короче. Ветвь – участок схемы с одним током. Ветви могут быть активными, содержащими источники энергии, и пас-

сивными, состоящими из одних приемников.

2.Узел – это точка в схеме, где сходятся не менее трех ветвей. Тогда ветвь – участок схемы от одного узла до другого.

3.Контур – любой замкнутый по ветвям схемы путь. Схема может

быть одноконтурной (рис. 1.6) и многоконтурный (рис. 1.7).

	R	R
		R
	R	R
e	R
	R	e
	Рис. 1.6	Рис. 1.7

Подумайте, сколько узлов, активных и пассивных ветвей, а также контуров в схеме рис. 1.7

 Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие

-14-