Неразветвленные и разветвленные электрические цепи

Электрические цепи подразделяют на неразветвленные и разветвленные. Во всех элементах неразветвленной цепи течет один и тот же ток. Ветвь можно определить как участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами (через которые течет одинаковый ток) и включенный между двумя узлами. В свою очередь, узел — это точка цепи, в которой сходятся не менее трех ветвей. Если в месте пересечения двух линий на электрической схеме поставлена точка, то в этом месте есть электрическое соединение двух линий, в противном случае его нет.

Основные характеристики электрических цепей

Электрический ток В теории ЭЦ предполагается, что каждый элемент ЭЦ характеризуется зависимостью между током и напряжением на его зажимах. При этом процессы, имеющие место внутри элементов, не рассматриваются. В связи с этим под электрическим током в ТЭЦ понимают ток проводимости во внешних выводах элементов или в соединительных проводах. Т.о., электрический ток — направленное упорядоченное движение свободных носителей заряда во внешних выводах элементов или в соединительных проводах.

За направление электрического тока независимо от природы носителей заряда принимают направление перемещения положительных зарядов. При расчете ЭЦ условно-положительное направление тока выбирается произвольно.

Количественно ток оценивается зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:

Постоянный во времени ток принято обозначать буквой I, переменный — I. Единица измерения тока в системе СИ — Ампер (А).

Электрическое напряжение. Потенциал На любой заряд, помещенный в электрическое поле, действует сила, величина и направление которой определяется напряженностью поля, значением и знаком заряда. Под действием силы свободный заряд перемещается за счет энергии поля. При перемещении единичного заряда между двумя точками в электрическом поле совершается работа, равная разности потенциалов этих точек:

Потенциал произвольной точки поля равен работе сил электрического поля по перемещению единичного заряда из данной точки в бесконечность. Напряжение может быть определено как энергия по перемещению единичного положительного заряда между двумя точками поля:

В Международной системе единиц СИ единица напряжения — Вольт (В).

Направление напряжения определяется направлением перемещения свободного положительного заряда, т. е. от точки с большим до точки с меньшим потенциалом.

На участке ЭЦ без источника энергии, в которых перемещение заряда осуществляется за счет энергии электрического поля, направления тока и напряжения совпадают.

Внутри источников носители заряда перемещаются за счет сторонних сил (химических реакций, тепловых процессов, механических сил и т. д.) в направлении, противоположном направлению сил электрического поля, т. е. от точки с меньшим до точки с большим потенциалом, т.о. направление тока в источнике противоположно направлению напряжения.

Электродвижущая сила (ЭДС) Источники электрической энергии характеризуются ЭДС — работой сторонних сил, затрачиваемых на перемещение единичного положительного заряда внутри источника от зажима с меньшим к зажиму с большим потенциалом. Численно ЭДС равна напряжению между зажимами источника энергии при отсутствии в нем тока.

Мощность и энергия При перемещении элементарного заряда через участок цепи между точками в электрическом поле силы электрического поля совершают работу:

Энергия, поступившая в рассматриваемый участок к моменту t:

Считается, что к моменту энергия не поступала. Если для любого момента времени энергия положительна, рассматриваемый участок цепи является пассивным, если отрицательна — активным.

Мгновенная мощность, характеризующая мгновенную скорость поступления энергии в рассматриваемый участок цепи:

Если (ток и напряжение совпадают по направлению), участок цепи получает энергию от остальной части. Если, участок цепи отдает энергию остальной части цепи. Энергия, поступившая в участок цепи к моменту времени t:

В системе СИ мощность измеряется в Ваттах (Вт), энергия — в Джоулях (Дж).