4. На схемі заміщення виводять всі елементи, впливом яких на результат розрахунків не можливо нехтувати, і показують електричні з'єднання між ними, які мають місце у колі.

Пасивними - називають елементи кола, у яких електрична енергія перетворюється у тепло, вони характеризуються опором R або провідністю G.

Активними - називають елементи електричного кола, у яких перетворення енергії здійснюється при наявності електрорушійної сили. Вони характеризуються постійними величинами е.р.с. та внутрішнього опору.

Якщо внутрішній опір малий у порівнянні з опором приймача, їм можливо знехтувати, вважаючи

г = 0, тоді Uо = 0, напруга на затискачах джерела U = Е при будь - якому струмі. Таке джерело енергії має назву джерела е.р.с.

Схеми заміщення:

-14-

Якщо замість е.р.с. джерело характеризується його струмом короткого замикання Ік, а замість внутрішнього опору у розрахунки вводять внутрішню провідність g = 1/г, таке джерело має назву джерела струму.

Докажемо можливість такої заміни:

U=-Е-I*г /:r

U/r=E/r-I, де

U/r=Io - деякий струм, який дорівнює відношенню напруги на затискачах джерела до

внутрішнього опору джерела;

E/r - струм короткого замикання джерела;-

І =U/R - струм приймача;

Ік.з = І + Іo,

якщо внутрішню провідність віднести до приймача, то при будь - якій величині напруги на

затискачах джерела, його струм буде дорівнювати Ік.з.

5. При розгляданні схем різних електричних кіл у них виділяють характерні ділянки

Ланцюг електричного кола - ділянка, вздовж якої тече один і той же струм.

Вузол електричного кола - місце з'єднання ланцюгів.

Контур електричного кола - будь-який замкнений шлях, який проходить по декількох ланцюгах.

На схемах стрілками відмічаються позитивні напрями е.р.с., напруг і струмів:

а) е.р.с. - всередині джерела має напрям від негативного затискача до позитивного (так само, як і струм)

б) напруга приймача - позитивний напрям від точки більшого потенціалу до меншого (по струму)

в) напруга джерела - протилежно струму

Дано: Е = 12 В; Uо = 2 В; R = 5 Ом.

Знайти: U,I,ro, рівняння балансу потужностей

Побудувати графіки залежностей

І (R); Рg (R); Рn (R); U (R); η (R), якщо

R=0;0,5;1;2;5;11;23; ∞

Визначити по графіку, при якому R Рn mах і яким

буде при цьому η.

Рішення:

Напруга на затискачах приймача

U=Е-Uо=12-2=10В

-14’-

Струм у колі : I=U/R=10/5=2A

Внутрішній опір джерела: ro=Uo/I=2/2=1 Ом

Рівняння балансу потужностей:

E*I-I²*r=I²*R; E*I= I²*R+I²*r

Потужність джерела: Рд = Е*І = 12*2 = 24 Вт

Потужність приймача: Рп = I²*R = 2² *5 = 20 Вт

Внутрішні збитки джерела: Ро = I²*r = 2²* 1 = 4 Вт

Рд=Pn+Ро 24=20+4=24

Будуємо графіки:

1) R=а); U=Е; І=0; Рд=0; Рп=0; Ро=0

2) R = 0; U = 0; І = Ік.з = Е/го = 12/1 = 12 А; Рд = Е* Ікз = 12*12 = 144Вт Рп = I²*R =0 Вт; Ро = І²*ro = 144 Вт; Uо = Ік.з*го ⁼ 12 В

з) R = 0,5 Ом; I = E/R+ro; U = I*R; Uо = I*rо; Рд = е*і; Рп⁼ I²*R; Pо = I²*ro

R.,0м	0	0.5	1	2	5	11	23	∞
І, А	12	8	6	4	2	1	0.5	0
U, в	0	4	6	8	10	11	11.5	12
Uо,в	12	8	6	4	2	1	0.5	0
Рд,Вт	144	96	72	48	24	12	6	0
Рп,Вт	0	32	36	32	20	11	5.75	0
Ро,Вт	144	64	36	16	4	1	0.25	0
L,%	0	33	50	66	83	92	96	100

Pn max=36 Вт при R=1 Ом; η=50%

-15-

Питання по матеріалу, який вивчається:

1. Чому дорівнює енергія джерела, яка віддається у зовнішнє коло?

2. Чому дорівнює електрична енергія, яка перетворюється у приймачі у теплову?

3. Який зв'язок між енергією джерела живлення (приймача) і потужністю?

4. Чим відрізняється ідеальне джерело живлення від реального?

5. Який напрям е.р.с. акумулятора по відношенню до струму в колі при зарядженні і при розрядженні акумулятора? Що таке проти - е.р.с.

6. У чому полягає фізичний зміст поняття е.р.с. джерела живлення та напруги на затискачах приймача?

7. Як виникає фото - е.р.с.?

8. У чому подібність і відмінність між гальванічними елементом і акумулятором?

9. Як перетворити теплову енергію у електричну за допомогою напівпровідників?

-16-