1.3. Пассивные элементы электрических цепей
Простейшими пассивными элементами схемы замещения являются сопротивление, индуктивность и емкость.
На рисунке 1.1 изображены условные обозначения пассивных элементов
а)
- резистор б)
- индуктивность в)
- емкость
Рис. 1.1 Условные обозначения пассивных элементов.
В реальной цепи электрическим сопротивлением обладают не только резисторы, но и проводники, катушки, конденсаторы и т.д. Общим свойством всех устройств, обладающих сопротивлением, является необратимое преобразование электрической энергии в тепловую. Тепловая энергия, выделяемая в сопротивлении, полезно используется или рассеивается в пространстве. В схеме замещения во всех случаях, когда надо учесть необратимое преобразование энергии, включается сопротивление.
Сопротивление проводника определяется по формуле
,
где l – длина проводника, S – сечение проводника, ρ – удельное сопротивление материала проводника.
Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью:
.
Сопротивление измеряется в омах (Ом), а проводимость – в сименсах (См).
Сопротивление пассивного участка цепи в общем случае определяется по формуле:
,
где P – потребляемая мощность; I – ток.
Сопротивление в схеме замещения изображается следующим образом:
Индуктивностью называется идеальный элемент схемы замещения, характеризующий способность цепи накапливать магнитное поле. Полагают, что индуктивностью обладают только индуктивные катушки. Индуктивностью других элементов электрической цепи пренебрегают.
Индуктивность катушки, измеряемая в генри [Гн], определяется по формуле
,
где W – число витков катушки; Ф – магнитный
поток катушки, возбуждаемый током i.
Емкостью называется идеальный элемент схемы замещения, характеризующий способность участка электрической цепи накапливать электрическое поле. Полагают, что емкостью обладают только конденсаторы. Емкостью остальных элементов цепи пренебрегают.
Емкость конденсатора, измеряемая в фарадах (Ф), определяется по формуле:
,
где q – заряд на обкладках конденсатора;
Uс – напряжение на конденсаторе.
2. Электрические цепи постоянного тока
2.1. Электротехнические устройства постоянного тока
Систематическое исследование электрических явлений и их практических приложений исторически началось с изучения свойств не изменяющегося во времени тока — постоянного тока на рубеже XVIII —XIX вв.
Экспериментальное исследование свойств постоянного тока позволило выявить и обосновать ряд закономерностей и понятий
Термином электротехническое устройство принято называть промышленное изделие, предназначенное для определенной функции при решении комплексной проблемы производства, распределения, контроля, преобразования и использования электрической энергии. Электротехнические устройства постоянного тока весьма разнообразны, например аккумулятор, линия передачи энергии, амперметр, реостат. Постоянный ток применяется при электрохимическом получении алюминия, на городском и железнодорожном электротранспорте, в электронике, медицине и других областях науки и техники.
Быстрыми темпами развиваются и совершенствуются различные типы источников электрической энергии постоянного тока. Так, солнечные батареи и фотоэлементы служат основными источниками энергии космических аппаратов в автономном полете. Разрабатываются новые источники электрической энергии постоянного тока — МГД-генераторы. Их освоение позволит в перспективе существенно повысить КПД электрических станций.