Постоянный ток.

I= . Имеет направление, но сам по себе величина скалярная. В проводнике могут двигаться только электроны, поэтому движение тока противоположно их движению. ,ампер. Электрическая ветвь – это участок электрической цепи с последовательным соединением элементов. Контур электрической цепи – участок, при последовательном обходе которого возвращаемся к первоначальному положению. Узел – соединение 3 и более проводников. Источники электрической энергии: батареи, аккумуляторы, генераторы, термопары и т. д. График зависимости постоянного тока от времени представлен на рисунке 1.

Двигателем электронов в электрических цепях является напряжение( U ) = .E=U, это выражение справедливо для разомкнутой цепи. Для того, чтобы существовала разность потенциалов, необходимо наличие электрического поля. , , где > . Электрический ток направлен от большего потенциала к меньшему. На схемах принято падение напряжения изображать стрелкой вдоль электрической цепи. Падение напряжения совпадает с направлением тока. Внутри источника падение напряжения направлено в противоположную сторону от направления цепи.

Электродвижущая сила.(E, E) ЭДС характеризует способность стороннего поля вызывать электрический ток. Работа, совершаемая этим полем при переносе единицы заряда численно равна ЭДС.

Электрическое сопротивление( R ). , где - удельное сопротивление, l – длина проводника, s – площадь его поперечного сечения.[R]=Ом. Проводимость (G )= , [G]=См.

Основные законы постоянного тока.

1. Закон Ома для участка цепи:

2. Обобщенный закон Ома:

3. 1 закон Кирхгофа: , алгебраическая сумма токов в узле равна 0.

4. 2 закон Кирхгофа: , алгебраическая сумма падений напряжений на участках замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС.

Энергия, мощность, баланс мощности электрической цепи.

Энергия, выделяемая в электрической цепи, соответствует работе, совершаемой электрическим током. Определяется законом Джоуля – Ленца. A=Q=IUt, P= =IU, IE, = , = Вт, = Дж. .

Коэффициент полезного действия электрической цепи.

, где - сопротивление нагрузки, - Внутреннее сопротивление, - сопротивление проводов.

Режимы работы электрической цепи.

1. Номинальный. Это режим, при котором элементы цепи работают в условиях, соответствующих проектным данным.

2. Согласованный.Это режим работы, когда внешнее сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению источника напряжения( ).При этом режиме мощность цепи максимальна. В этом режиме %. Это очень низкое к.п.д. и для мощных цепей работа в согласованном режиме не выгодна. Этот режим применяется в устройствах радиоэлектротехнике, если к.п.д. не имеет существенного значения.

3. Холостого хода. Режим, когда цепь разомкнута и ток в цепи равен 0. В этом случае напряжение на выводах ЭДС соответствует значению источника. В этом режиме измеряется ЭДС.

4. Короткое замыкание. В этом режиме выводы источника соединены между собой. Напряжение на приемнике равно 0. Сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению источника. . Для защиты от короткого замыкания цепи устанавливают плавкие предохранители ( в маломощных цепях ). В мощных цепях устанавливают автоматические выключатели. В высоковольтных цепях – специальные выключатели.

Источники электрической энергии.

1 .Источник напряжения. . Обозначение:

Примеры источников напряжений: гальванические элементы, аккумуляторы, гальванические элементы.

2 . Источник тока. . Обозначение:

Примеры источников токов: транзисторы, атомные источники.

Методы преобразования электрических цепей.

1.Последовательное соединение элементов цепи.

, , I – const

2.Параллельное соединение.

, или , U – const.

П

a

реобразование «звезды» в «треугольник».

Обычно дается обозначение Y – соединение звездочкой, - соединение треугольником.

Переделывать звезду в треугольник можно лишь те ветви, где нет ЭДС. Из схемы изымаем звезду и вместо нее помещаем треугольник. Чтобы сделать такие преобразования, необходимо, чтобы токи вне точек a, b, c оставались прежними, а напряжение между точками a, b, c в том и другом случае оставались одинаковые.

Преобразование в Y .

Преобразование Y в .

Преобразование ветвей с источниками.

1. Последовательное соединение.

, .

2. Параллельное соединение.

, , .

Методы расчета электрических цепей постоянного тока.

1.Метод контурных токов.

Этот метод позволяет сократить число уравнений до количества независимых контуров. Они определяются по формуле k=m-n+1 , где k – число независимых контуров, m – число ветвей, n – число узлов. По этому методу выбирают контурные токи, причем по любой ветви должен протекать хотя бы 1 ток, а в каждом контуре должна быть хотя бы 1 ветвь, не входящая в предыдущие контуры. Используемые уравнения:

, где - собственное сопротивление контура

- Взаимное сопротивление контуров

- алгебраическая сумма ЭДС, входящая в контур i.

2.Применение законов Кирхгофа.

N=m-n+1- количество независимых контуров, где m – количество ветвей, n – количество узлов.

Составляем уравнения Кирхгофа для каждого контура, учитывая направление обхода контура. Недостающееся количество уравнений записываем по 2 закону Кирхгофа для любых узлов и решаем систему относительно неизвестных токов.

3.Метод 2 узлов.

Э тот метод основан на расчете применения 1 закона Кирхгофа и закона Ома для участка цепи с ЭДС.

Очень важно в этом методе не перепутать индексы у напряжений.

. Так как мы ведем расчет для отдельной схемы, ветви которой соединены параллельно, то для удобства расчетов полагаем, что внешние ветви отсутствуют и ток I=0. Формулу можно писать, учитывая знаки у ЭДС. Если ЭДС направлена к 1 индексу, то знак «+», если ко 2 индексу, то знак «-».

3. Метод наложения. Основан на принципе: ток в какой-либо ветви сложной электрической цепи равен алгебраической сумме частичных токов, вызванных каждым действующим в цепи источником ЭДС в отдельности.

Схему а) разбиваем на б) с Е₁ и на в) с Е₂ , тогда токи схемы а) будут представлять алгебраическую сумму токов схем б) и в) : , , . Для схемы б):

, , , , . Для схемы в): , , , , .