Характеристика работы идеализированных элементов в линейной электрической цепи

Компоненты и элементы электрической цепи

Под компонентами понимают объекты и устройства электрической цепи. Классификация компонентов и их связь с элементами показана на рис.1.1

Полагается, что компоненты состоят из пяти идеализированных эле­ментов (двухполюсников). Пассивных:

- резистивный элемент (R);

- индуктивный элемент (L);

- ёмкостный элемент (С).

Активных:

- идеальный источник напряжения (ИИН - Е);

- идеальный источник тока (ИИТ – J).

Характеристика работы идеализированных элементов в линейной электрической цепи

Резистивный элемент предназначен для рассеивания (преобразования) электромагнитной энергии в виде тепла. Условное графиче­ское изображение резистора показано на рис.1.2, а вольт­амперная характеристика (ВАХ) на рис.1.3.

Связь между сопротивле­нием R, током через резистор I и падением напряжения на ре­зисторе U определяется законом Ома .

Различают сопротивление на постоянном токе [Ом] и диффе-ренциальное сопротивление [Ом]. Обратная сопротивлению вели-чина называется проводимостью [см].

Отметим, что большими буквами (U, I) обозначаются постоянные величины, малыми (u, i) – мгновенные или переменные величины.

Индуктивный элемент – пассивный двухполюсник, обладающий свойством накопления энергии магнитного поля. Условное графическое изображение индуктивного элемента показано на рис.1.4.

Конструктивно индуктивный элемент реализу­ется в виде катушки с числом витков n, площадью поперечного сечения S и длиной l. Ток в катушке создает магнитный поток Ф, пронизывающий все витки. Произведение Ψ=nФ называется потокосце­плением катушки и оно прямо пропорционально току в катушке Ψ=Li. Коэффициент пропорцио­нальности L называется индуктивностью катушки и определяется её раз­мерами и геометрией - L . Единицей измерения индуктивности является 1 Генри [ Гн].

Изменение тока в катушке вызывает ЭДС самоиндукции .

Ёмкостный элемент - пассивный двухполюсник, обладающий свойством накопления энергии электрического поля. Условное графическое изображение элемента показано на рис.1.5.

Конструктивно ёмкостный элемент реализуется в виде двух пластин или двух проводников, разделен­ных диэлектриком, и называется конденсатором. Основная характеристика конденсатора – электриче­ская ёмкость С, измеряемая в фарадах [Ф].

Мгновенные значения тока и напряжения связаны соотношением .

ИИН

Условное графическое изображение элемента показано на рис.1.6. Работа ИИН описывается ВАХ элемента (рис.1.7), из которой следует, что внутреннее сопротивление () источника равно нулю. Таким образом, в электрической цепи ИИН представляет собой короткое замыкание (КЗ).

ИИТ

Условное графическое изображение элемента показано на рис.1.8. Работа ИИТ описывается ВАХ элемента (рис.1.9), из которой следует, что внутреннее сопротивление () источника бесконечно велико. Таким образом, в электрической цепи ИИН представляет собой разрыв.

ИИН и ИИТ это идеализированные модели источника энергии, которым является реальный источник ЭДС, например гальванический элемент (аккумулятор), обладающий конечным по величине внутренним сопротивлением R_i. Рассмотрим обобщенную схему ЭЦ (рис.В.1). Очевидно, что от соотношения величин R_i и R_Н ис­точник энергии будет либо источником напряжения, либо источником тока. Действи­тельно, пусть R_Н >> R_i, тогда ток в цепи практически не зависит от величины внутреннего сопротивления источника энергии, напряжение на нагрузке равно величине Е и мы получаем источник напряжения. Если же R_i >> R_Н, то ток в цепи определяется внутренним сопротивлением источника ЭДС и получается источник тока. Источники с конечным внутренним сопротивлением называются реальными источниками напряжения и тока (РИН и РИТ).

Дата добавления: 2015-07-16