Простейшая электрическая цепь

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Часть 1

Цепи постоянного тока.

Магнитное поле

для специальности среднего профессионального образования

070208

(углублённая подготовка)

 

 

Сергиев Посад

 

2014

Введение

 

Вся современная цивилизация базируется на применении электричества. Без электричества не будет освещения, компьютера, телефонов, телевидения, радио, отопления, медицины. А без понимания законов электротехники невозможно изучение устройства и профессионального оборудования в сфере звукотехники, кино и телевидения. Поэтому изучение электротехники очень важно.

Изучение электротехники базируется на знаниях, полученных при изучении школьного курса физики.

 

Раздел 1. Цепи постоянного тока

Простейшая электрическая цепь

 

Простейшая цепь показана на рис.1 в двух вариантах. Слева показана универсальная, общая, схема, пригодная для понимания работы любой цепи.

Основными элементами простейшей цепи являются:

- источник электрической энергии (источник ЭДС), на схеме обозначен буквой Е; стрелка в условном графическом обозначении (значке) источника ЭДС обозначает направление ЭДС (указывает на положительный полюс источника);

- потребитель (сопротивление нагрузки); на левой схеме потребителем является сопротивление, обозначенное буквой R;

- соединительные провода.

Примером простейшей цепи служит карманный фонарик. Его схема показана на рисунке справа. В фонарике роль источника ЭДС выполняет батарейка (гальванический элемент), а роль нагрузки - лампа накаливания HL. Выключатель S позволяет включать и выключать лампу.

Рис1. Простейшая электрическая цепь

 

Источник ЭДС это источник энергии. Его задача - порождать в цепи электрический ток. Между выводами источника существует разность потенциалов - плюс и минус. Разность потенциалов между выводами источника порождает ток в цепи., Как и напряжение, разность потенциалов измеряется в вольтах.

Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. В проводах переносчиком зарядов являются электроны. Сила тока измеряется в амперах. В этой части курса мы рассматриваем постоянный ток. Постоянным называется ток, который, при работе цепи. не меняется ни по величине ни по направлению. Такой ток в цепи обеспечивает батарейка в лампочке карманного фонаря. На рис. 2 показан характер изменения постоянного тока во времени (в условиях установившегося режима). Из графика видно, что ток не изменяется с течением времени.

Рис.2. График постоянного тока

 

В полной электрической цепи различают внешний и внутренний участки. Внешний участок – это все, что подключено к источнику ЭДС извне. Для карманного фонарика это провода, выключатель, лампа. Внутренний участок – это то, что находится внутри источника, прежде всего – внутреннее сопротивление источника.

Рассматриваемая цепь называется полной, так как в ней присутствуют как внешний, так и внутренний участки цепи.

Можно рассматривать участки цепи по отдельности, например, сопротивление нагрузки или внутреннее сопротивление. В этом случае говорят не о полной цепи, а только об отдельном её участке (внешнем или внутреннем). В схеме на рис.1 можно выделить отдельные участки: сопротивление нагрузки R_н  и r₀ – внутреннее сопротивление источника ЭДС.

В рассмотренной схеме сопротивление нагрузки обозначается заглавной буквой R.    Сопротивление внутреннего участка обозначают малой буквой r.

Сопротивлением проводов, входящих в цепь, на первом этапе изучения электротехники, можно пренебречь и считать его равным нулю.

Источник ЭДС имеет два основных параметра:

- величина ЭДС источника (Е), измеряемая в вольтах (В) и

- величина внутреннего сопротивления r_o измеряемого в омах (Ом).

Оба эти параметра будем считать постоянными; они не зависят от режима работы цепи.

    Под действием разности потенциалов по цепи проходит ток от положительного полюса (+) источника к отрицательному (-). Направление тока указывается стрелкой на проводе (см. рис.1). Ток обозначается буквой I. Сила тока измеряется в амперах.

Ток проходит от “+” источника ЭДС по внешнему участку цепи к “ – “ ЭДС. Ток не имеет начала и конца. Цепь тока замкнута, следовательно, внутри источника тоже протекает ток. Внутренний участок цепи тоже обладает сопротивлением. Внутреннее сопротивление обозначают малой буквой с нижним индексом r_o.

В процессе работы цепи энергия, по проводам, передается от источника потребителю. Задачей цепи в целом является передача энергии от источника к потребителю.

В нагрузке (потребителе) происходит преобразование электрической энергии, полученной от источника ЭДС в другой вид энергии. Например, если нагрузкой источника (потребителем электроэнергии) является лампа накаливания, то в ней электрическая энергия преобразуется в свет. В случае, если нагрузкой будет электродвигатель, то в электродвигателе происходит преобразование электрической энергии в механическую.