Определение электрической цепи.

Электромагнитное устройство с происходящими в нем и в окружающем его пространстве физическими процессами в теории электрических цепей заменяют некоторым расчетным эквивалентом — электрической цепью.

Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом источников электрической энергии и нагрузок, по которым может протекать электрический ток. Электромагнитные процессы в электрической цепи можно описать с помощью понятий «ток», «напряжение», «э.д.с.», «сопротивление» («проводимость»), «индуктивность», «емкость».

Постоянным током называют ток, неизменный во времени. Постоянный ток представляет собой направленное упорядоченное движение частиц, несущих электрические заряды.

Постоянный ток принято обозначать буквой I, э д. с. источника — E, сопротивление — R, проводимость— g. В Международной системе единиц (СИ) единица тока — ампер (А), единица э д. с. — вольт (В), единица сопротивления — ом (Ом), единица проводимости — сименс (См).

Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой (рис. 1.1).

Рис.1.1. Пример простейшей электрической схемы.

Зависимость тока, протекающего по сопротивлению, от напряжения на этом сопротивлении называют вольтамперной характеристикой (в. а. х.). По оси абсцисс на графике обычно откладывают напряжение, а по оси ординат — ток.

Сопротивления, в. а. х. которых являются прямыми линиями (рис. 1.1, б), называют линейными, электрические цепи только с линейными сопротивлениями — линейными электрическими цепями.

а б

Рис.1.2. Вольтамперные характеристики линейного (а) и нелинейного (б)

сопротивлений.

Сопротивления, вольтамперные характеристики которых не являются прямыми линиями (т.е. они нелинейны, рис 1.2,б), называются нелинейными, а электрические цепи с нелинейными сопротивлениями – нелинейными электрическими цепями.

Переменным током называется любой ток, изменяющийся во времени:

I = i(t)

Так же определяются переменная электродвижущая сила (э. д. с.), магнитный поток e = e(t), Ф = Ф(t) и другие величины.

Следует отметить, что иногда встречается и другое определение, при котором переменным называется только периодически изменяющийся ток, среднее значение которого за период равно нулю (или, во всяком случае, мало по сравнению с мгновенными значениями). Однако, первое определение является более общим, поэтому в дальнейшем будем использовать именно его. Примеры переменных токов различной формы приведены на рис. 1.3

Рис. 1.3.

Если любые значения переменного тока повторяются через равные промежутки времени Т, то такой ток называется периодическим.

На рис. 1.3, а — г изображены периодические токи, а на рис. 1.3, д и ж — такие токи, для которых на изображенном отрезке времени условие периодичности не выполняется. Не исключено, однако, что в этих случаях периодичность также имеет место, но период больше, чем рассмотренный промежуток времени.

Постоянный ток (рис. 1.3, е) можно рассматривать как предельный случай переменного: i (t) = const.

Периодический ток, согласно приведенному выше определению, должен удовлетворять следующему условию:

i(t) = i(t + T) (1.1)

где T = const – период изменения тока, – частота колебания тока, а t может принимать любые значения. Следует, однако, уточнить, что в строгом смысле слова периодом называют наименьшее из значений Т, при которых выполняется условие (1.1).

Заметим теперь, что всякий реальный процесс происходит в течение определённого промежутка времени и имеет начало и конец. Поэтому, строго говоря, в действительности периодических процессов (как, впрочем, и постоянных токов) не существует. Однако на практике, допуская некоторую нестрогость, считают периодическими такие токи, которые удовлетворяют приведенному выше условию в течение конечного, но достаточно большого промежутка времени, значительно превышающего величину периода.

Пример, приведённый на рис. 1.3, ж не является периодическим процессом даже с учётом высказанного выше замечания. Однако, т.к. при t > t₂ мгновенные значения тока (или другой величины) начинают регулярно повторяться, такой процесс с момента времени t₂ называют установившимся и при выполнении условия t >> t₂ его также можно будет считать периодическим.

Периодический же процесс всегда является процессом установившимся.

В том же примере с момента t = t₁ до момента t = t₂ происходит непрерывное изменение максимальных мгновенных значений. В этом промежутке времени процесс носит название неустановившегося или переходного.