Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи (1996) (1092093), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Для того чтобы можно было математически описать эти процессы, в теории цепей пользу- пренебрегают. Реальную электрическую цепь, представленную в виде совокупности идеализированных схемных элементов, в дальнейшем будем называть схемой замещенин электрической цепи или, короче, схемой электрической цепи. Если можно считать, что напряжение и ток на всех элементах реальной цепи не зависит от пространственных координат, то такую цепь называют цепью с сосредоточенными параметрами, если зависят — цепью с распределенными параметрами. Процессы в цепи с сосредоточенными параметрами описывают алгебраическими или обыкновенными дифференциальными уравнениями; процессы в цепях с распределенными параметрами описывают уравнениями в частных производных. Дальнейшее подразделение типов цепей будет дано по ходу изложения.
Соответствие расчетной модели реальной электрической цепи проверяют путем сопоставления расчета с экспериментом. Если расчетные данные недостаточно сходятся с экспериментом, модель уточняют. В курсе ТОЭ используют общие физические принципы, формирующие диалектическое мышление, такие, как принцип симметрии, принцип минимума энергии, закон сохранения заряда, принцип непрерывности магнитного потока. При выполнении лабораторных работ студент ощущает реальность явлений, о которых шла речь в теории. Методы расчета электрических цепей можно излагать по крайней мередвумя способами. Согласно первому — их излагают одновременно с теорией электрических цепей синусоидального тока. Согласно второму — методы расчета рассматривают по отношению к резистивным цепям1 цепям постоянного тока), а затем эти методы распространяют на цепи синусоидального тока.
Второй способ, с нашей точки зрения, методически более целесообразен— материал, расчлененный на две самостоятельные части, усваивается легче и прочнее. Кроме того, студент приобретает навык в расчете цепей постоянного тока, область применения которых достаточно широка. Вопросы для самопроверки 1. Дайте определение электромагнитному полю. Какими основными величинами его характеризуют и каковы его свойства? 2.
Что положено в основу определения напряженности электрического поля Е и индукции магнитного поля В? Каковы единицы их измерения? 3. Какой смысл вкладывается в понятие потенциальной, вихревой и сторонней составляющих напряженности электрического поля? 4. Как связаны векторы Е и Р; Н и В? 5. Дайте определение плотности тока проводимости, смещения, переноса. 6. Запишите уравнение непрерывности полного тока.
7. Какие проявления магнитного ноля вам известны? 8. Как определить магнитный поток Ф и потокосцепление Ч'? В каких единицах их измеряют? 9. Как записать принцип непрерывности магнитного потока? 10. Прокомментируйте формулу е = — г1Ч"/Ж. Чем объяснить наличие знака минус в ней? 11. Запишите и поясните смысл четырех уравнений Максвелла. 12. Покажите, что уравнение первого закона Кирхгофа следует из принципа непрерывности полного тока. 13. Исходя из основных уравнений электромагнитного поля выведите уравнение, записанное по второму закону Кирх- софа для цепи переменного тока.
14. Что понимают под явлением самоиндукции и явлением взаимоиндукции? 15. Дайте определение индуктивности Е и взаимной индуктивности М. От каких факторов они зависят? 16. Прокомментируйте три споес 2В'„ соба определения индуктивности: Е = Ч'/1, Е = — . , Е = †, . 17. Как следует й/Ж' 12 расположить две цилиндрические катушки друг по отношению к другу, чтобы М между ними была равна нулю? 18. Поясните, почему коэффициент связи между двумя магнитосвязанными катушками й~,~~1. 19.
В опыте было получено Е~ — — Е~ — — 0,1 Гн, М = О,1! Гн. Можно ли верить этим данным? 20. Чем физически можно объяснить, что внутренняя индуктивность цилиндрического провода не зависит от его радиуса? 2!. Какие функции выполняют Е и М как элементы схем замещения реальных электрических цепей? 22. Прокомментируйте формулу для подсчета магнитной энергии магнитосвязаниых контуров.
23. Как связаны потенциал ч~ и напряженность Е? 24. Какие поля называют потенциальными и какие вихревыми? 25. Дайте определение понятию «емкость» конденсатора. От каких факторов она зависит? 26. Прокомментируйте три способа определения емкости конденсатора: ю. 2М~, С = д/К С =, С = —. 27.
Какие функции выполняет емкость как элемент дд/Ж' схемы замещения реальной электрической цепи? 28. Выведете формулы для емкости плоского и цилиндрического конденсаторов. 29. Выразите 0,1 иФ в пикофарадах. 30, Как связано положительное направление отсчета напряжения на конденсаторе С с положительным направлением тока через него? 3!.
Чем отличаются электрические цепи с сосредоточенными параметрами от цепей с распределенными параметрами? 32. Зависит ли схема замещения реальной электрической цепи от частоты? Глава вторая СВОЙСТВА ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ф 2.1. Определение линейных и нелинейных электрических цепей., Электромагнитное устройство с происходящими в нем и в окружа- ющем его пространстве физическими процессами в теории элект- рических цепей заменяют некоторым расчетным эквивалентом— электрической цепью. Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом источников электрической энергии и нагрузок, по которым может протекать электрический ток. Электромагнитные процессы в электрической цепи можно описать с помощью понятий ' «ток», «напряжение», «ЭДС», «сопротивление» («проводимость»), «индуктивность», «емкость», Постоянным током называют ток, неизменный во времени.
По- стоянный ток представляет собой направленное упорядоченное движение частиц, несущих электрические заряды. Как известно из курса физики, носителями зарядов в металлах являются свободные электроны, а в жидких — ионы. Упорядочен- ное движение носителей зарядов в проводниках вызывается элект- рическим полем, созданным в них источниками электрической а2 Рис.
2.1 энергии. Источники электрической энергии преобразуют химическую, механическую и другие виды энергии в электрическую. Источник электрической энергии характеризуется значением и направлением ЭДС, а также значением внутреннего сопротивления. Постоянный ток принято обозначать буквой 1, ЭДС источника — Е, сопротивление — Я, проводимость — д.
В Международной системе единиц (СИ) единица тока — ампер (А), единица ЭДС вЂ” вольт (В)„единица сопротивления — ом (Ом), единица и роводимости — сименс (См). Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой (рис. 2,1, а). Зависимость тока, протекающего по сопротивлению, от напряжения на этом сопротивлении называют вольт-амперной характеристикой (ВАХ).
По оси абсцисс на графике обычно откладывают напряжение, а по оси ординат — ток. Сопротивления, ВАХ которых являются прямыми линиями (рис. 2.1, б), называют линейными, электрические цепи только с линейными сопротивлениями — линейными электрическими цепями. Сопротивления, ВАХ которых не являются прямыми линиями (рис. 2.1, в), т. е. они нелинейны, называют нелинейными, а электрические цепи с нелинейными сопротивлениями — нелинейными электрическими цепями. ф 2.2. Источник ЗДС и источник тока. Источник электрической энергии характеризуется ЭДС Е и внутренним сопротивлением й„. Если через него под действием ЭДС Е протекает ток 1, то напряжение на его зажимах (/ = Š— И, при увеличении 1 уменьшается.
Зависимость напряжения 1/ на зажимах реального источника от тока 1 изображена на рис. 2.2, а. Обозначим через тс — масштаб по оси У, через т, — масштаб по оси 1. Тогда для произвольной точки на характеристике рис. 2.2, а аЬт = 1К„; Ьст, = 1; 1да = аЬ)Ьс = К„т,)т . Следовательно, 1да пропорционален.Р„. Рассмотрим два крайних случая. 1, Если у некоторого источника внутреннее сопротивление Й, = О, то ВАХ его будет прямой линией (рис. 2.2, б). Такой характеристикой обладает идеализированный источник питания, назы- а) Рис. 2.2 ваемый источником ЭДС. Следовательно, источник ЭДС представляет собой такой идеализированный источник питания, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока 7) и равно ЭДС Е, а внутреннее сопротивление равно нулю. 2.
Если у некоторого источника беспредельно увеличивать ЭДС Е и внутреннее сопротивление й„, то точка с(рис. 2.2, а) отодвигается по оси абсцисс в бесконечность, а угол а стремится к 90 '(рис. 2.2, в). Такой источник питания называют источником тока.
Следовательно, источник тока представляет собой идеализированный источник питания, который создает ток 1 = 1, не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединен, а его ЭДС Е„, и внутреннее сопротивление Й„, равны бесконечности. Отношение двух бесконечно больших величин Е„,/К„, равно конечной величине — току 1 источника тока. При расчете и анализе электрических цепей реальный источник электрической энергии с конечным значением Я„заменяют расчет' ным эквивалентом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
