Введение. Краткая историческая справка. Развитие энергетики и электротехники. Состояние и перспективы развития. Современное состояние вопроса. Основные понятия и определения.
Электрическая цепь. Основные элементы электрической цепи. Источники и приемники электрической энергии. Идеализированные элементы электрической цепи.
Элементы электрической цепи делятся на активные и пассивные. К активным относятся элементы, генерирующие электрическую энергию. К пассивным элементам относятся элементы, в которых рассеивается или накапливается энергия. К активным элементам относятся источники энергии. К пассивным элементам относятся резисторы, индуктивные катушки, конденсаторы, трансформаторы.
Электрический ток, напряжение и мощность. Электрический ток в проводниках представляет собой направленное упорядоченное движение электрических зарядов. Под силой тока i понимают количество электрического заряда /\ q, прошедшего через поперечное сечение проводника /\S в единицу времени, т.е. ток представляет собой скорость изменения заряда во времени:
, 
,
где q суммарный заряд. Положительное направление тока выбирается произвольно. Переменный ток, постоянный ток.
Напряжением между двумя точками электрической цепи, называют количество энергии, затраченное на перемещение единицы положительного заряда из одной точки в другую:
, 
, где u= мгновенное значение напряжения, W – энергия электрического поля.
Напряжение – скалярная, алгебраическая величина. Положительное направление напряжения выбирается произвольно.
Напряжение между двумя точками электрической цепи или электрического поля, равно работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки в другую:
где 
– вектор направления интегрирования по контуру, Е- напряженность электрического поля.
Разность потенциалов. Потенциал. Электродвижущая сила.
Энергия, затраченная не перемещение единичного положительного заряда q от точки 1 к точке 2 с напряжением u к моменту времени t:
где p мгновенная мощность. Если u=U, i=I, то мощность называется активной мощностью. Мощность величина алгебраическая.
Пассивные и активные элементы. Резистивный элемент – пассивный, идеализированный элемент электрической цепи, в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепло или в другой вид энергии. Электрическое сопротивление. Основное уравнение, связывающее напряжение и ток определяется законом Ома:
где R – электрическое сопротивление, G – электрическая проводимость. Мощность в R- элементе не принимает отрицательных значений: 
Энергия, поступающая в сопротивление: 
Емкостной элемент- пассивный, идеализированный элемент электрической цепи, который обладает свойством накапливания энергии электрического поля. Электрический конденсатор. Емкость конденсатора. Заряд на обкладках конденсатора: 
где q - заряд, C- емкость электрического конденсатора.
Ток в емкостном элементе: 
Если u=U, т.е. приложено постоянное напряжение то I=0, емкостной элемент по свойствам эквивалентен разрыву цепи. Напряжение на конденсаторе:
где u(0) начальное напряжение конденсатора, т.е. при t=0, учитывает все процессы до нуля.
Мощность электрических колебаний в емкостном элементе:
Мощность алгебраическая величина. Энергия, запасенная в конденсаторе:
энергия отрицательных значений не принимает.
Индуктивный элемент- пассивный, идеализированный элемент электрической цепи, который обладает свойствам накапливание энергии магнитного поля. Катушка индуктивности. Основной параметр индуктивного элемента. Связь между током и напряжением устанавливается на основе закона электромагнитной индукции:
.
Если ток i=I, т.е. ток постоянный, то напряжение равно нулю, это равносильно короткому замыканию выводов индуктивного элемента U=0.
Напряжение на индуктивном элементе определяется скоростью изменения тока.
Ток равен: 
- начальный ток, определяется в момент t=0, учитывает все процессы до нуля.
Мощность колебаний в индуктивном элементе:
Мощность является величиной алгебраической.
Энергия, запасенная в индуктивности:
Активные элементы. Источник напряжение – активный идеализированный элемент электрической цепи с двумя зажимами, напряжение на которых на зависит от величины тока протекающего через него. Источник напряжения полностью характеризуется задающимся напряжением u или электродвижущей силой. Напряжение на зажимах u=e. Внутреннее сопротивление идеального источника напряжения равно нулю. Напряжение на зажимах реального источника зависит от тока протекающего через него: u=e-ir. r -внутренне сопротивление источника.
Источник тока – идеализированный двухполюсный элемент электрической цепи, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах. Источник тока характеризуется полностью своим задающим током. Внутренняя проводимость такого источника равна нулю, а сопротивление r=∞. У реального источника тока ток зависит от напряжения на его зажимах: i=j-ug.
Вопросы для самоконтроля.
1. Вольтамперные характеристики идеального и реального источника напряжения и тока.
2. Чему равно внутреннее сопротивление и внутренняя проводимость идеального источника напряжения?
3. Чему равно внутреннее сопротивление и внутренняя проводимость идеального тока?
4. Чем отличается между собой идеальный источник напряжения и идеальный источник тока?
