Источники электрической энергии.

 

Одной из основных характеристик источников электрической энергии является ЭДС. Количественно ЭДС характеризуется работой А, которая совершается при перемещении заряда в один Кулон в пределах источника

 

. (1.1)

 

Графически ЭДС изображают стрелкой в кружке. Направление стрелки совпадает с направлением ЭДС.

Перемещение заряда определяет ток источника. Прохождение тока сопровождается потерями на нагрев источника. Количественно потери удобно определять внутренним сопротивлением R_вн. Поэтому условное графическое обозначение источника ЭДС представляет последовательное включение ЭДС Е и внутреннего сопротивления R_вн (рис. 1.4).

Символами 1 - 1’ обозначены зажимы источника. Разность потенциалов на зажимах источника называется напряжением U[B]. Стрелками показаны положительные направления тока и напряжения. Когда ключ К разомкнут, ток в цепи равен нулю и напряжение на зажимах источника равно ЭДС. Замкнем ключ К. В цепи возникнет ток

 

 

(1.2)

 

При этом напряжение на зажимах источника станет равным

 

(1.3)

 

Зависимость напряжения U на зажимах источника от тока I изображена на рис. 1.5а.

 

 

г

 

Рис.1.5

 

 

Если у источника ЭДС R_вн = 0, то вольтамперная характеристика его будет в виде прямой рис. 1.5б. Такой источник называют идеальным. Напряжение на зажимах такого источника не зависит от тока.

Если у некоторого источника увеличивать Е и R_вн до бесконечности, то его вольтамперная характеристика примет вид рис. 1.5в. Такой источник питания называют источником тока. Ток источника

 

 

(1.4)

 

не зависит от сопротивления нагрузки. Реальный источник тока имеет конечные значения Е и R_вн, а его условное графическое обозначение приведено на рис. 1.5г.

При расчете электрических цепей реальный источник электрической энергии с конечными Е и R_вн заменяют источником ЭДС или источником тока (рис. 1.6а,б).

Рис.1.6

 

Ток в нагрузке R_н одинаков и равен

 

.

 

Для схемы рис. 1.6а это очевидно, и следует из того, что R_вн и R_н включены последовательно. Для схемы рис. 1.6 б известно, что ток I_т = Е/R_вн, распределяется обратно пропорционально параллельно включенным R_вн и R_н, т.е.

 

= .

 

Каким из двух источников воспользоваться выбирает инженер.

Пример: В схеме рис.1.6а источник ЭДС имеет параметры Е = 100В, R_вн = 2 Ом. Определить параметры эквивалентного источника тока в схеме рис. 1.6б.

Решение:

 

Следовательно, параметры эквивалентной схемы рис. 1.6б имеют значение:

 

I_т = 50А; R_вн = 2 Ом.

 

Источники питания могут иметь постоянную ЭДС - Е или переменную е(t), изменяющуюся во времени по заданному закону. В первом случае в цепи протекает постоянный ток, и она называется цепью постоянного тока. Во втором случае ток i(t) и напряжение u(t) переменные, поэтому цепь называется цепью переменного тока. В электротехнике чаще других применяются синусоидальные ток и напряжение.