Лосев А.К. Теория линейных электрических цепей (1987), страница 2

Для понимании указанной специфики при изучении теории электрических цепей следует предварительно ознакомиться с основными понятиямн, нмеющнмн отношение к работе снстеи связи. Такие понптия рассматрнваютси в настоищей главе. б 1.(э ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ Электрические процессы в любых электрических устройствах характеризуются значениями некоторых электрических величин. Осиовнымн из иих являютсв электрических заряд д, электрический ток й электрический потенциал и, электрическое напряжение и, а также энергетические величины.

Необходимо вспоннить и углубить смысл этих понятий, известных из курса физики. (. Электрический заряд Электрическим зарядом называют источник электрического поля, через которое заряды взаимодействуют друг с другом. Заряды бывают двух знаков. Зарядам иа наэлектри. зованном стеклянном теле присвоен положительный знак, а зарядам на наэлектризованном янтаре — отрицательный, Заряды разных знаков (разиоименные заряди) притягиваются, в заряды одинаковых знаков (одноименные заряды) отталкиваются.

Значение заряда д может быть определено через силу взаимодействия двух зарядов в соответствии с законом Кулана. Однако в системе МКСА, входящей в Международную систему единиц (СИ), единица заряда определяется через единицу тока. Для электрических цепей такое определение более удобно, но для него надо ввести сначала единицу тока. Значение переменного тока !(1), изменяющегося во времени, определяют в дифференциальной форме: 1(!) = — —. ба(!) щ (1.2) Значение величины (1.2) в различные моменты времеви называют мгновенным током, а значение величин г)(1) — мгновенным зарядом.

В основу определения единицы тока можно поло кать закон Ампера, устанавливающий силу взаимодействия между проводниками, по которым проходит ток. Именно так сделано в системе МКВА, где механнческан сила измеряется в иьютрках (Н), а за единицу тока (силы тока) принят ампер (А), дополняю. щий совокупность основных единиц: единицу расстояния метр (м), единицу массы килограмм (кг) и единицу времени секзнду (с). Ампером называют значение постоянного тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтоигно малого кругового сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывает между этими проводнинами силу, равную 2 10 ' Н на 1 м их длины.

В соответствии с этим определением и соотношением (1.1) в системе МКСА определяют единицу заряда кулон (Кл) Кулоном называют заряд, переносимый через поперечное сечение проводника в !с при значении постоянного тока, равном 1 А. Размерность заряда (Т!1, где Т вЂ” время, ! — ток. 3. Электрический потенциал. Потенциалом о некоторой точки электрической цепи называют величину, равную отношению потенциальной энергии гв, которой обладает заряд г), находящийся в данной точке, к этому заряду: в = ш/г).

(1.3) Потенциальная энергия иг равна энергии, расходуемой зарядом прн его перемещении из данной точки электрической цепи в другую точку, имеющую нулевой потенциал. В электрической цепи за точку с нулевым потенциалом принимают заземленную точку — точку, соединенную проводником с металлическйм листом, закопанным в землю, куда стекают все заряды, притекающие к этой заземленной точке. Существенно отметить, что расходуемая энергия не зависит от пути, по которому заряд перемещается из данной точки в заземленную точку.

ч В общем случае можно рассматривать электрический ток в вакууме, газовой среде, жидкости н твердом теле, обладающем свойствами провохника или полупроводника, 2. Электрический ток. Электрическим током называют направленное перемещение зарядов в электрической цепи*. Под направлением тока понимают направление перемещения положительных зарядов. Значение тока определяется количеством зарядов, перемещающихся через поперечное сечение проводника в единицу времени. Однако такое определение пригодно только для постоянного тока 1 = 1 = сопз(, значение и направление которого не изменяются с течением времени 1: 1= д11, (1.1) Единица электрического потенциала может быть установлена нз соотношения (!.3) при выбранных единицах энергии — джоуль (Дж) и заряда. В системе МКСА единицей потенциата является вольт (В). Вольтом называют потенциал точки электрической цепи, в которой заряд в ! Кл обладает потенциальной энергией в ! Дж.

Размерность потенциала (с'МТ '1 '1, где ь — длина, М— масса, а остальные обозначения прежние. ' 4. Электрическое напряжение. Электрическим напряжением и между двумя точками цепи называют разность потенциалов о! и оз этих точек: и = о! — оз.

(1.4) Если это напряжение создается под воздействием тока, проходящего между указанными точками, то его называют также падением напряжения. Из определения ((Л) следует, что напряжение, так же как и потенциал, измеряется в вольтах. Поэтому вольтом можно называть такую разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, при которой положитель.

ный заряд в ! К расход)ет энергию в ! Дж, перемещаясь из точки с большим потенциалом в точку с меньшим потенциалом. Электрическое напряжение, как и ток, может быть постоянным и переменным. В первом случае напряжение не изменяется во времени: и = 0 = сопз!. Переменное напряжение, изменяю- и(ееся во времени, характеризуется своим мгновенным значением и(().

5. Направления отсчета токов и напряжений. Значения токов и напряжений определяются также их направлением (знаком). Пусть в некоторой электрической цепи (ЭЦ) выделены точки ! и 2 с потенциалами о! и ох (рис. !.1, а). Тогда по соотношению (!.4) напряжение и между точками 1 и 2 является положительным, если о! ) ох. Однако такой знак напряжения и является условным, поскольку произвольна нумерация точек цепи. Если при тех же потенциалах в цепи рис. 1.! поменять нумерацию точек, то по соотношению (1.4) то же напряжение и будет отрицательным.

Во избежание подобной неопределенности на схемах цепей показывают стрелкой положительное направление отсчета напряжения, как это сделано на рис. 1.1. При этом фактическое напряжение и является положительным, если в направлении стрелки потенциал убывает, н отрицательным, если в том же направлении происходит возрастание потенциала. Другими сло- а) д), Рис. !.!. Потенциалы, напряжение и ток в электрнче- сиой цепи вами, в случае положительного напряжения между двумя точками стрелка получается направленной от точки с ббльшим потенциалом к точке с меньшим потенциалом. При постоянных напряжениях их направление обозначают иногда не стрелкой, а знаками «+» и « — », проставляемыми у соответствующих точек, как на рис.

1.1, б. Эти знаки не означают положительности или отрицательности потенциалов 1Г~ и тт, а показывают, что точка со знаком «+» имеет больший потенциал, чем точка со знаком « — ». При этом говорят о положительной или отрицательной полярности напряжения по отношению к одной из точек. Например, на рис. !.1, б напряжение (( имеет положительную полярность относительно точки 2 и отрицательную полярность относительно точки !. Аналогично напряжению положительное направление отсчета тока также показывают стрелкой, как на рис.

1.1. Здесь токи 1 и ( считают положительными, если они проходят через цепь от точки ( к точке 2. Токи же, проходящие через цепь от точки 2 к точке (, считают отрицательными. Положительные направления отсчета напряжения и тока между какими-либо точками выбирают произвольно. Однако обычно между одними и теми же точками предпочитают выбирать одинаков«не положительные направления отсчета для напряжения и тока, как на рис. 1.!. При таком выборе положительному напряжению соответствует положительный ток, проходящий от точки с ббльшим потенциалом к точке с меньшим потенциалом, что соответствует физическому определению тока.

При выбранных положительных направлениях отсчета переменные напряжения и токи и(() и (((), изменяясь по значению, могут либо изменять знак, как на рис. 1.2, а, либо не изменять знака, как на рис. !.2, б. Здесь (( — амплитуда импульсов, т — их длительность. Перемена знака означает изменение направления тока или полярности напряжения.

Применительно к напряжению в этих случаях говорят о его биполярности (рис. 1.2, а) или униполярности (рис. 1.2, б) а! 6. Основные энергетические величины. Электрические процессы в цепи характеризуются также энергетическими величинами. Пусть, например, между точками ( и 2 (см. рис.