Читайте также:
|
|
Понятия электрического тока и напряжения являются одними из основных в теории электрических цепей. Электрический ток в проводящей среде есть упорядоченное движение электрических зарядов под воздействием электрического поля (ток проводимости в металлах, электролитах, газах; ток переноса в электровакуумных
приборах и др.).
Количественно электрический ток в каждый момент времени характеризуется скалярной величиной i = i (t) — мгновенным значением тока, характеризующим скорость изменения заряда q во времени:
где Δ q — электрический заряд, прошедший за время Δt через поперечное сечение проводника. В системе СИ заряд измеряется в кулонах (Кл), время — в секундах (с), ток — в амперах (А). В дальнейшем для краткости электрические токи и напряжения будем просто называть токами и напряжениями.
В соответствии с приведенным выше определением понятие «ток» может использоваться в двух смыслах: ток как физический процесс и ток как количественная характеристика (вместо «силы
тока»).
Как функция времени ток i (t) может принимать положительные и отрицательные значения. Принято считать значение тока i (t) положительным, если движение положительно заряженных частиц совпадает с заранее выбранным направлением отсчета тока и отрицательным — в противном случае. Выбор направления отсчета тока
произволен, положительное направление отсчета тока показывается стрелкой (рис. 1.1).
Электрическое напряжение между двумя точками электрической цепи определяется количеством энергии, затрачиваемой на перемещение единичного заряда из одной точки в другую:
где W — энергия электрического поля. Единица измерения напряжения в системе СИ — вольт (В), энергии — джоуль (Дж).
В потенциальном электрическом поле напряжение между двумя точками совпадает по значению с разностью потенциалов между ними. Например, напряжение между точками а и b цепи, показанной на рис. 1.1, б,
где Va и Vb — потенциалы точек а и b.
Значение напряжения в любой заданный момент t называется мгновенным и обозначается и = и (t). Являясь скалярной величиной, u(t) может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Для однозначного определения знака напряжения выбирают положительное направление его отсчета, которое показывается стрелкой (рис. 1.1, б), направленной от одной точки электрической цепи к другой. Для определенности будем считать, что положительное направление отсчета совпадает с направлением стрелки от более высокого потенциала, т. е. «+», к более низкому, т. е. «—» (рис. 1.1, б). При этом положительные направления отсчета напряжения и тока будут между собой согласованы, так как положительное направление отсчета напряжения и(,ь соответствует направлению перемещения положительно заряженных частиц от более высокого потенциала Va(+) к более низкому Vb(-). Очевидно, что uab = —uba. Применительно к напряжению на участке цепи, по которому протекает ток, часто используют термин «падение напряжения».
Электрическая энергия, затраченная на перемещение единичного положительного заряда между двумя точками участка цепи с напряжением и (разностью потенциалов) к моменту времени t определится согласно (1.1) и (1.2) уравнением
где принято W=0 при t = — ∞.
Производная энергии по времени определяет мгновенную мощность, потребляемую элементами, входящими в участок цепи:
Мощность измеряется в ваттах (Вт). Знак мощности р определяется знаком напряжения и тока. Если р>0, мощность потребляется элементами участка цепи, а при р<0 — отдается.
По характеру изменения во времени различают постоянные, гармонические, периодические несинусоидальные, непериодические токи и. напряжения. В ряде случаев (например, в цепях с распределенными параметрами) токи и напряжения могут быть не только функциями времени, но и функциями пространственных координат. В технике связи токи и напряжения как материальные носители сообщений называют сигналами.
Дата добавления: 2015-12-01; просмотров: 23 | Нарушение авторских прав