Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

20.1: Огляд

  2. Last updated
    Oct 27, 2022
  3. Save as PDF

  • Boundless
  • Boundless

цілі навчання

  • Опишіть будову електричного кола і ідентифікуйте елементи ланцюга постійного струму

Огляд

Електрична мережа - це взаємозв'язок електричних елементів, таких як резистори, індуктори, конденсатори, лінії електропередачі, джерела напруги, джерела струму і вимикачі. Електричний ланцюг - це особливий тип мережі, той, який має замкнутий контур, що дає зворотний шлях для струму. Електричні мережі, що складаються тільки з джерел (напруги або струму), лінійних згорнутих елементів (резисторів, конденсаторів, індукторів) і лінійних розподілених елементів (ліній електропередачі), можуть бути проаналізовані алгебраїчними і перетворюючими методами. Резистивна схема - це схема, що містить тільки резистори і ідеальні джерела струму і напруги. Аналіз резистивних ланцюгів менш складний, ніж аналіз ланцюгів, що містять конденсатори і індуктори. Якщо джерела є постійними (постійними) джерелами, в результаті виходить ланцюг постійного струму. Мережа, яка містить активні електронні компоненти, відома як електронна схема. Такі мережі, як правило, нелінійні і вимагають більш складних інструментів проектування та аналізу.

Схеми: Короткий вступ до електричних ланцюгів та потоку струму для вступних студентів фізики.

Ланцюги постійного струму

Постійний струм (DC) - це односпрямований потік електричного заряду. Постійний струм виробляють такі джерела, як акумулятори, термопари, сонячні батареї, електричні машини комутаторного типу динамо-типу. Постійний струм може протікати в провіднику, такому як провід, але також може протікати через напівпровідники, ізолятори або навіть через вакуум, як в електронних або іонних пучках. Електричний заряд протікає в постійному напрямку, відрізняючи його від змінного струму (AC). Термін, який раніше використовувався для постійного струму, був гальванічний струм.

Ланцюг постійного струму - це електричний ланцюг, який складається з будь-якої комбінації джерел постійної напруги, джерел постійного струму, резисторів. При цьому напруга ланцюга і струми не залежать від часу. Конкретна напруга ланцюга або струм не залежить від минулого значення будь-якої напруги ланцюга або струму. Це означає, що система рівнянь, що представляють ланцюг постійного струму, не включає інтеграли або похідні щодо часу. Якщо в ланцюг постійного струму додається конденсатор або індуктор, то отримана ланцюг не є, строго кажучи, ланцюгом постійного струму. Однак більшість таких схем мають рішення постійного струму. Це рішення дає ланцюгу напруги і струми, коли ланцюг знаходиться в постійному стані постійного струму. Така схема представлена системою диференціальних рівнянь. Розв'язок цих рівнянь зазвичай містить змінну в часі або перехідну частину, а також постійну або сталу частину стану. Саме ця стаціонарна частина і є рішенням постійного струму. В електроніці прийнято називати ланцюг, який живиться від джерела напруги постійного струму, такого як акумулятор або вихід джерела живлення постійного струму, як ланцюг постійного струму, хоча мається на увазі, що ланцюг працює на постійному струмі.

Проста схема постійного струму проілюстрована в. На таких схемах електричні елементи представлені символами і зазвичай маркуються відповідними характеристиками, такими як опір r резистора. Електричний потенціал і струм також можуть маркуватися в різних точках ланцюга. Однак, будь ласка, майте на увазі, що конвенції про схему принципових схем відрізняються між підручниками та предметними полями, що призводить до того, що різні символи використовуються для одних і тих же елементів схеми.

зображення

Приклад символів елементів ланцюга: Набір прикладів елементів схеми та пов'язаних з ними символів, які зазвичай використовуються на схемах.

зображення

Проста схема: Простий ланцюг постійного струму з джерелом напруги (V) і резистором (R). Струм i, що протікає по ланцюгу, задається законом Ома.

Фізичні закони, пов'язані з аналізом ланцюгів

Ряд електричних законів поширюється на всі електричні мережі. До них відносяться закон Ома, який обговорювався в модулі «Опір і резистори», закони струму і напруги Кірхгофа, які висвітлені в модулі «Правила Кірхгофа». Два закони Кірхоффа разом з вольт-амперною характеристикою (I-V крива) кожного електричного елемента повністю описують ланцюг. За допомогою них можна обчислити електричний потенціал і струм в кожній точці ланцюга. Крім того, теорема Нортона та теорема Тевеніна корисні для аналізу складних схем.

Джерела ЕРС

Електрорушійна сила (ЕРС) - це напруга напруги, що генерується акумулятором або магнітною силою відповідно до закону індукції Фарадея.

цілі навчання

  • Наведіть приклади пристроїв, здатних забезпечити електрорушійну силу

Електрорушійна сила

Електрорушійна сила, яку також називають ЕРС (позначається і вимірюється у вольтах), відноситься до напруги, що генерується акумулятором або магнітною силою відповідно до Закону індукції Фарадея, який стверджує, що магнітне поле, що змінюється в часі, індукує електричний струм.

Електрорушійна «сила» вважається не силою (оскільки сила вимірюється в ньютонах), а потенціалом, або енергією на одиницю заряду, вимірюється в вольтах. Формально ЕРС класифікується як зовнішня робота, витрачена на одиницю заряду для отримання різниці електричних потенціалів на двох розімкнутих клемах. За рахунок поділу позитивних і негативних зарядів виробляється різниця електричних потенціалів, що генерує електричне поле. Створена різниця електричних потенціалів приводить в рух струм, якщо ланцюг приєднаний до джерела ЕРС. Однак при протіканні струму напруга на клемах джерела ЕРС вже не є значенням розімкнутого ланцюга, через падіння напруги всередині приладу через його внутрішнього опору.

Пристрої, які можуть забезпечити ЕРС, включають електрохімічні елементи (батареї), термоелектричні пристрої, сонячні батареї, електричні генератори, трансформатори і навіть генератори Ван де Граафа (приклади наведені в).

зображення

Приклади генераторів електрорушійної сили. : Різноманітні джерела напруги (за годинниковою стрілкою зверху ліворуч): Вітроелектростанція Brazos у Флуванні, штат Техас (кредит: Leaflet, Wikimedia Commons); Красноярська гребля в Росії (кредит: Алекс Полежаєв); сонячна ферма (кредит: Міністерство енергетики США); і група нікелевих металгідридних батарей (кредит: Тіаа Монто). Вихідна напруга кожного залежить від його конструкції і навантаження, і дорівнює ЕРС тільки в тому випадку, якщо немає навантаження.

У випадку акумулятора поділ заряду, що породжує різницю напруги, здійснюється хімічними реакціями на електродах; вольтаїчні елементи можна вважати, що мають «зарядний насос» атомних розмірів на кожному електроді.

У випадку з електричним генератором магнітне поле, що змінюється в часі, всередині генератора створює електричне поле за допомогою електромагнітної індукції, що, в свою чергу, створює різницю енергій між клемами генератора. Поділ заряду відбувається всередині генератора, причому електрони стікають від одного клеми і до іншого, поки в випадку з розімкнутим ланцюгом не накопичиться достатнє електричне поле, щоб зробити подальший рух несприятливим. Знову ЕРС протистоїть електричній напрузі через поділ заряду. Якщо приєднується навантаження, ця напруга може приводити в дію струм. Загальним принципом, що регулює ЕРС в таких електричних машинами, є закон Індукції Фарадея.

У природі ЕРС генерується всякий раз, коли коливання магнітного поля відбуваються через поверхню. Прикладом цього є мінливе магнітне поле Землі під час геомагнітної бурі, що діє на що-небудь на поверхні планети, як розширена електрична мережа.

Ключові моменти

  • Постійний струм (DC) - це односпрямований потік електричного заряду. Постійний струм виробляють такі джерела, як акумулятори, термопари, сонячні батареї, електричні машини комутаторного типу динамо-типу.
  • Ланцюг постійного струму - це електричний ланцюг, який складається з джерел постійної напруги, джерел постійного струму, резисторів. Загальноприйнято посилатися на ланцюг, який живиться від джерела напруги постійного струму як ланцюг постійного струму, хоча мається на увазі те, що ланцюг живиться від постійного струму.
  • Ряд електричних законів застосовується до всіх електричних мереж: закон Ома, закони струму та напруги Кірхгофа, теорема Нортона та теорема Тевенена. За допомогою них можна обчислити електричний потенціал і струм в кожній точці ланцюга.
  • ЕРС класифікується як зовнішня робота, витрачена на одиницю заряду для отримання різниці електричних потенціалів на двох розімкнутих клемах.
  • Пристрої, які можуть забезпечити ЕРС, включають електрохімічні елементи, термоелектричні пристрої, сонячні батареї, електричні генератори, трансформатори і навіть генератори Ван де Граафа.
  • У природі ЕРС генерується всякий раз, коли коливання магнітного поля відбуваються через поверхню.

Ключові умови

  • вольт-амперна характеристика: характеристика струму - напруга або крива I - V (крива струм-напруга) - це залежність між електричним струмом через ланцюг, пристрій або матеріал, і відповідною напругою або різницею потенціалів на ньому.
  • електричний ланцюг: Взаємозв'язок електричних елементів, таких як резистори, індуктори, конденсатори, лінії електропередачі, джерела напруги, джерела струму та вимикачі, що має замкнутий контур, що дає зворотний шлях для струму.
  • постійний струм: електричний струм, при якому електрони течуть в одному напрямку, але може змінюватися з часом.
  • акумулятор: Пристрій, який виробляє електрику шляхом хімічної реакції між двома речовинами.
  • електрорушійна сила: (ЕРС) - напруга, що генерується акумулятором або магнітною силою відповідно до закону Фарадея. Він вимірюється в одиницях вольт, а не ньютонів, і, таким чином, насправді не є силою.
  • Закон індукції Фарадея: Це основний закон електромагнетизму, який передбачає, як магнітне поле буде взаємодіяти з електричним ланцюгом для отримання електрорушійної сили.

ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ