Основные понятия линейных электрических цепей:
Под электрической цепью понимается совокупность электротехнических устройств, предназначенных для прохождения электрического тока, Электропроцессы в которых могут быть описаны с помощью понятий тока и напряжения.
Электрический ток - это направленное движение заряженных частиц.
Напряжение- это разность потенциалов между двумя точками цепи.
U= dW/dt
Потенциал- это количество энергии необходимое для перемещения заряда из точки поля в бесконечность.
Источник ЭДС - это источник, который поддерживает на своих зажимах напряжение, изменяющееся по одному и тому же закону независимо от величины и направления тока во внешней цепи.
Источник тока - это идеализированный элемент электрической цепи, который поддерживает на своих зажимах ток, изменяющийся по определённому закону независимо от величины и значения напряжения между его зажимами.
Источниками электрической энергии являются: гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы, генераторы в которых происходит преобразование молекулярной, кинетической, тепловой, механической или другого вида энергии в электрическую.
Приёмниками электрической энергии являются: электрические лампы, двигатели, электронагревательные приборы в которых происходит преобразование электрической энергии в световую, механическую, тепловую и другие виды энергии. Приёмники электрической энергии часто называют нагрузкой.
Теория цепей, как и любая инженерная дисциплина, базируется на понятии моделирования.
Физические элементы и явления могут быть описаны приблизительно, идеализированные элементы определяются точно.
Взяв некоторую реальную физическую систему, путём различных допущений и упрощений можно построить ряд идеализированных моделей системы, всё более точно соответствующих свойствам реальной цепи.
В теории цепей изучают активные и пассивные идеализированные элементы:
Активные: источники ЭДС (напряжения), источники тока.
Пассивные: сопротивления, индуктивность, взаимные индуктивности, ёмкости.
Ток, напряжение, мощность и энергия в электрических цепях.
Ток в проводнике представляет собой явление упорядоченного движения электрических зарядов.
Под словом ток понимают также интенсивность или силу тока "жаргон" определяемую количеством электрического заряда прошедшего через поперечное сечение проводника в единицу времени.
То есть ток представляет собой скорость изменения заряда во времени.
Как отношение двух скалярных величин ток также является скалярной алгебраической величиной, знак которой зависит от направления движения зарядов одного знака, а именно условно принятого положительного заряда.
Для однозначного определения направления тока в цепях достаточно выбрать произвольно одно из двух возможных направлений за условно положительное, которое обозначается стрелкой. Если движение положительных зарядов происходит в направлении стрелки , а движение отрицательных зарядов навстречу ей, то ток положительный. При изменении направления движения зарядов ток будет отрицательным.
Задать однозначно ток в виде функции времени можно только после указания стрелки тока, или условно положительного направления тока. Причём, на всех участках цепи выбор стрелок производят:
i=5A; ( i=-5A)
В переменном токе:
Если поменять ток:
т.е. начальная фаза изменится.
Прохождение тока или перенос электрических зарядов в цепях связанны с преобразованием или потреблением энергии. Для нахождения энергии затрачиваемой на перемещение единицы заряда из одной точки проводника в другую вводят величину называемую напряжением.
Напряжение - это количество энергии затрачиваемой на перемещение единицы заряда из одной точки проводника в другую.
Видно, что напряжение как произведение двух скалярных величин также является скалярной величиной.
Для однозначного определения знака напряжения между двумя выводами рассматриваемого участка цепи одному из выводов условно приписывается положительная полярность, которую обозначают либо знаком "+" либо стрелкой направленной от этого вывода:
Обычно при расчёте цепей стрелки тока и напряжения выбирают согласованно. В этом случае можно указывать только одну стрелку или тока или напряжения.
Если это источник то мощность отрицательна.
Мгновенная мощность определённого участка цепи - это скорость изменения энергии затрачиваемой на проведение элементарного заряда по этому участку:
Мощность как произведение двух скалярных величин также является скалярной величиной.
Знак её определяется знаками напряжения и тока, при совпадении этих знаков мощность положительна, что означает потребление энергии в рассматриваемом участке цепи. При несовпадении этих знаков мощность отрицательна, что означает отдачу её из участка, такой участок называется источником электрической энергии.