ОТЦ Попов.В.П (В.П. Попов. Основы Теории Цепей), страница 2

Отдельные составные части (элемеиты) устройства при этом заменяют моделями, приближенно отражающими основные (в рамках решаемой задачи) свойства соответствующих элементов. Разработка инженерных методов исследования процессов в электротехнических и радиоэлектронных устройствах, основанных на замене этих устройств упрощенными моделями, составляет п р е д м е т теории цепей. Однако методы теории электрических цепей вследствие принятых допущений и упрощений менее универсальны, чем методы теории поля, в частности их нельзя применять на достаточно высоких частотах, когда длина волны электромагнитных колебаний становится соизмеримой с размерами исследуемого устройства, а также при исследовании процессов излучения, распространения и приема радиоволн; ограничено применение методов теории электрических цепей в тех-.

нике высоких напряжений, при определении параметров и построении упрощенных моделей различных элементов цепей. В этих случаях для исследования процессов, а также для оценки пределов применимости результатов, полученных с помощью теории цепей, необходимо использовать методы теории электромагнитного поля. Основные понятия теории цепей ° 11$1$$$$$$$$1 й ЕЕ ОСНОВНЫЕ ОПРЕЙЕЛЕННЯ Электрическая цепь Э л е к т р и ч е с к о й и е п ь ю называется совокупность уст. ройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которой могут быть описаны с помощью понятий электродвижущей силы, тока и напряжения.

Составные части (элементы) электрической пепи можно разделить на две группы: источники электрической энергии и приемники (нагрузка), К источникам электрической энергии (первичным и с т о ч н и к а м ) относятся различные устройства, в которых происходит преобразование химической, тепловой, механической и других видов энергии в электрическую.

Источниками электрической энергии являются; например, гальванические элементы, аккумуляторы, солнечные батареи, гидрогенераторы и т. п. П р и е м н и к и электрической энергии — это элементы электрической цепи, в которых происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии, а также запасание электрической энергии. Приемниками электрической энергии являются электрические двигатели, лампы накаливания, транзисторы, конденсаторы, индуктивные катушки, резисторы, передающие антенны, громкоговорители и др.

Особый класс электрических устройств представляют собой в т ор и ч н ы е и с то ч н и к и энергии, к которым относятся различные блоки питания, выпрямители, стабилизаторы, приемные антенны. В устройствах этого типа осуществляются различные преобразования электрических токов и напряжений, такие, как преобразование постоянного тока в переменный, выпрямление переменного тока, изменение напряжения и т.

п. Вторичные источники получают электрическую энергию от первичных источников и по отношению к ним должны рассматриваться как приемники электрической энергии. В тоже время по отношенйю к остальной части пепи, которая получает электрическую энергию от вторичных источников, они могут рассматриваться как источники. Основные элементы электрической цепи — источники и приемни- ки электрической энергии — соединяют между собой с помощью вспомогательных элементов: соединительных проводников, ключей, разъемов, кнопок и т. п.

для подключения к остальной части пепи каждый элемент'пепи имеет внешние выводы, называемые также з а ж и м а м и или п о л ю с а м и, В зависимости от числа внешних выводов различают двухполюсные (резистор, конденсатор, катушка индуктивности) и многополюсные (траизистор, трансформатор, электронная лампа) элементы. В теории цепей предполагается, что каждый элемент цепи полностью характеризуется зависимостью между токами и напряжениями на его зажимах, при этом процессы, имеющие мыто внутри элементов, не рассматриваются.

В соответствии с основным методом теории цен е й реальные элементы пепи заменяются их упрощенными моделями, построенными из идеализированных элементов. Используют пять основных типов идеализированных двухполюсных элементов: сопротивление, емкость, индуктивность, идеальный источник напряжения и идеальный источник тока. В простейшем случае модель реального элемента может состоять из одного идеализированного элемента. В более сложных случаях она представляет собой соединение нескольких идеализированных элементов.

В ряде случаев используют многополюсные идеализированные элементы — управляемые источники тока и напряжения, идеальные трансформаторы и др. Электрическая цепь, которую получают из исходной р е а л ь н о й э л е к т р и ч е с к о й ц е и и при замене каждого реального эле- ' мента его упрощенной моделью, составленной из идеализированных элементов, называют м о д е л и р у ю щ е й, или и д е а л и з н р ов а н н о й, ц е п ь ю. В теории цепей исследуют процессы, имеющие место именно в таких цепях.

Электрический ток Электрический т о к проводимости есть упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда (в дальнейшем, для краткости, будем использовать термины э л е кт р и ч е с к и й т о к или т о к). Такими носителями в металлах, как известно, являются отрицательно заряженные частицы — электроны, в жидкостях и газах †к положительно, так и отрицательно заряженные ионы. В любом проводнике упорядоченное перемещение носителей заряда происходит в одном из двух возможных направлений, в соответствии с этим ток также имеет одно из двух направлений. За направление тока независимо от природы носителей электрического заряда и их типа принимают направление, в котором перемещаются (или могли бы перемещаться) носители положительного заряда.

Таким образом, н правление электрического тока в наиболее распространенных проводниковых материалах — металлах противоположно фактическому направлению перемещения носителей заряда — электронов. О направлении тока судят по его знаку, который зависит от того, совпадает или нет направление тока с направлением, условно принятым за тб йй Ср ~с а) д (1,+аг) — д (1,1 а1! ай о М бс !с=-П (1.1) Таким образом, ток в произвольный момент времени 1 представляет собой скалярную величину, равную производной по времени от электрического заряда, переносимого через рассматриваемое сечение проводника. Иными словами, ток численно равен скорости изменения электрического заряда во времени.

В общем случае значение тока 1 в произвольный момент времени 1(мгновенное значение тока) является функцией времени!1 -.—. ! (1). В частном случае, если заряд д является линейной функцией 1 (рис. 1.1, б), то скорость изменения заряда во времени 1 величина постоянная, равная отношению заряда д (1), перенесенного за промежуток времени 1, к длительности этого промежутка: 1 (1) =- ЩЫ1 =- е111 ==- 1... =- сонэ( Таким образом, ток может быть п о с т о я н н ы м (неизменным повремени) или переменным. В Международной системе единиц (СИ) заряд выражают в к у л ой а х (Кл), время в секундах (с), ток в а м и е р а х (А). Прн постоянном токе в 1 А через поперечное сечение проводника за цромежуток вРемени, равный 1 с, переносится заряд в 1 Кл, п„ложительное.

Условно-положительное направление така при расчв- и электрических илией может бьапь выбрано совершенно произвольно. Вели в результате расчетов, выполненных с учетом выбранного направления, ток получится со знаком плюс, значит его направление, , е. направление перемещения положительных зарядов, совпадает с направлением, выбранным за положительное; если ток получится со знаком минус, значит его направление противоположно 9(1) д(1) условно-положительному. ~)(4,"лс) — —, Количественно ток оцени- т(1,) я(с) - ! вают зарядом, проходящим ! ! 1 через поперечноесечение проводника в единипу времени. йб сй С,еай й Пусть д = а (1) — это заряд, $ прошедший через произвольное поперечное сечение про- рин ! ! Завнсниость зарина, протекающего черен поперечное сечение проводника, от водника к моменту времени (рис.

1.1, а). Рассмотрим а — нелннейнан; б — линейная два момента времени 1, и 1, + М которым соответствуют заряды а(1,) и а (1, + Лг). По определению, ток в момент времени 1, равен пределу отношения количества электричества, переносимого свободными носителями электрического заряда через сечение проводника за промежуток времени И, к длительности этого промежутка времени при А1-ч-0: Напряжение який заряд, помещенный в электрическое поле, Как известно, на всяки действует сила, значение н ачение н направление которой определяются на электрического поля, а также зарядом и его знаком Если носитель заряда является свободным, т.

е. не закрепленным в какой-то фиксированной точке, то под действием приложенной силы он перемещается. Перемещение заряда происходит за счет энергии электрического поля. При перемещении единичного положителыюго заряда между двумя любыми точками А и Б электрического поля силами электрического поля совершается работа, равная разности потенциалов этих точек.

Напомним, что п о те н ци а л ~р,, произвольной точки А электрического поля определяется как работа, которая совершается силами электрического поля по переносу единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность. Разность потенциалов точек А и Б называется н а и р яж е н и е м между этими точками: ~рА 7в Напряжение между точками А и Б электрической цепи может быть определено как предел отношения энергии электрического поля ш, затрачиваемой на перенос положительного заряда д из точки А в точку Б, к этому заряду при о- Рл и = йт/Нд. (1.2) В Международной системе единиц напряжение выражают в в о л ьт а х (В), а работу в джоулях (Дж). При перемещении электрического заряда в ! Кл между точками электрической цепи, разность потенциалов которых равна ! В, совершается работа в 1 Дж.

Напряжение представляет собой скалярную величину, которой приписывается определенное направление. Обычно под направлениел~. напряжения понимамт направление, е котором перемещаются (или могли бы перемещаться) под действиемэлеюпрического поля свободньи. носители положительного заряда, т. е. направление от точки цепи с бдлыиим потенциалом к точке цепи с меньи им попмнциалом, Очевидно, что на участках цепи, в которых не содержатся источники энергии и перемещение носителей заряда осуществляется за счет энергии электрического поля, направления напряжения и тока совпадают.