3. Ветвь и узел электрической цепи

Электрическая цепь характеризуется совокупностью элементов, из которых она состоит, и способом их соединения. Соединение элементов электрической цепи наглядно отображается ее схемой. В зависимости от особенностей схемы следует применять тот или иной способ расчета электрической цепи. В данном разделе рассмотрим ключевые понятия, которые в дальнейшем будут необходимы для выбора наиболее оптимального и правильного приема решения задач.

Ветвью называется участок электрической цепи, обтекаемый одним и тем же током. Ветвь образуется одним или несколькими последовательно соединенными элементами цепи.

Узел - место соединения трех и более ветвей.

В качестве примера на рисунке изображены схемы двух электрических цепей. Первая из них содержит 6 ветвей и 4 узла. Вторая состоит из 5 ветвей и 3 узлов. В этой схеме обратите внимание на нижний узел. Очень часто допускают ошибку, считая, что там 2 узла электрической цепи, мотивируя это наличием на схеме цепи в нижней части 2-х точек соединения проводников. Однако на практике следует считать две и более точки, соединенных между собой проводником, как один узел электрической цепи.

При обходе по соединенным в ветвях цепям можно получить замкнутый контур электрической цепи. Каждый контур представляет собой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, при этом каждый узел встречается в данном контуре не более одного раза. Ниже приведена электрическая схема, на которой отмечено несколько произвольно выбранных контуров.

Всего для данной цепи можно выделить 6 замкнутых контуров.

4. Общие сведения о преобразовании схем

Однотипные элементы электрической цепи соединенные последовательно или параллельно можно заменить одним общим (эквивалентным) элементом. Под "эквивалентным элементом" подразумевается тот факт, что замена не повлияет на величину токов и напряжений в остальной части схемы. Значение параметров эквивалентного элемента определяются исходя из свойств каждого соединения. Подобное преобразование соединений элементов осуществляют для упрощения электрической схемы, следовательно – и упрощения решения электротехнической задачи.

4.1. Последовательное соединение элементов

Соединение элементов электрической цепи называют последовательным, если через них протекает один и тот же ток. При последовательном соединении условный конец первого элемента электрической цепи соединяют с условным началом второго элемента, конец второго - с началом третьего и т. д. Ниже на рисунке наглядно отображены принципы преобразования двух и более элементов электрической цепи соединенных последовательно в один эквивалентный.

По приведенным в рисунке формулам следует сделать только одно замечание. Если в соотношениях 1.7 и 1.8 имеет место арифметическое суммирование величин сопротивлений (т.е. все сопротивления суммируются), то уже в 1.9 – алгебраическое суммирование. Некоторые слагаемые могут принимать отрицательные значения, если имеют обратное направление ЭДС. Направление ЭДС источника напряжения определяется по направлению стрелки в условном графическом изображении.