Электрические цепи, элементы электрических цепей. Условные обозначения элементов электрической цепи

Что нужно для работы электротехнического устройства?

Для его функционирования должна быть создана электрическая цепь. Её задача – передавать энергию устройству и обеспечивать требуемый режим работы. Что же называют электрической цепью?

Так обозначают совокупность объектов и устройств, которые образуют путь передвижения тока. При этом электромагнетические процессы могут быть описаны с помощью знаний об электрическом токе, а также тех, что предлагает

https://www.youtube.com/watch?v=https:accounts.google.comServiceLogin

и напряжение. Стоит отметить, что, говоря о таком понятии, как элемент электрической цепи, сопротивление в данном случае будет играть довольно значительную роль.

Когда к источнику питания подключено разное количество потребителей, то соответственно меняются величины токов, мощностей и напряжения.

Электрические цепи, элементы электрических цепей. Условные обозначения элементов электрической цепи

А от этого зависит режим работы цепи, а также элементов, что в неё входят. Схему используемой на практике конструкции можно представить, как активный и пассивный двухполюсник. Так называют цепи, которые соединяются с внешней частью (по отношению к ней) с помощью двух выводов, которые, как можно догадаться, имеют разные полюса. Особенность активного и пассивного двухполюсника состоит в следующем: в первом имеется

а во втором он отсутствует. На практике широко используются схемы замещения во время работы активных и пассивных элементов. То, какой будет режим работы определяется параметрами последних (изменения благодаря их корректировке). А сейчас давайте рассмотрим, какими же они бывают.

Анализ и расчет будут гораздо эффективнее, если одновременно использовать закон Ома, а также первый и второй законы Кирхгофа.

С их помощью можно установить взаимосвязь между теми значениями, которые имеют токи, напряжения, ЭДП по всей электрической цепи или на отдельных её участках. И это всё на основе параметров элементов, которые в них входят.

Электрическая цепь: сущность и виды

Электрическая или гальваническая цепь – это совокупность элементов, устройств, предназначенных для протекания электрического тока, все процессы в которых описываются при помощи понятий «напряжение» и «сила тока».

Для того чтобы электрическая цепь работала правильно, необходимо наличие потребителей, соединительных проводников, источника питания, выключателя. Контур цепи должен замыкаться. Это обязательное условие для слаженной работы электрической цепи. Не все контуры можно считать цепями электрического тока.

Например, контуры заземления или зануления нельзя считать электрическими цепями, поскольку в обычном режиме работы в них не протекает ток. Однако цепями электрического тока их можно считать по принципу действия, поскольку в аварийных ситуациях в них протекает ток. Контур заземления замыкается при помощи грунта.

Существует несколько видов электрической цепи:

  1. Нелинейные и линейные электрические цепи.
  2. Разветвленные и неразветвленные цепи.
  3. Внутренние и внешние.
  4. Активные и пассивные.

Линейная электрическая цепь – это цепь, все элементы в которой линейные.

К линейным элементам можно отнести независимые и зависимые идеализированные источники тока и напряжения, резисторы, что подчиняются закону Ома, а также другие линейные компоненты, что подчиняются линейным дифференциальным уравнениям (катушки и электрические конденсаторы).

Если электрическая цепь содержит компоненты, которые отличаются от вышеперечисленных, то она называется нелинейной.

Электрическая схема – это изображение электрической цепи при помощи условных обозначений.

Функция зависимости тока, который протекает по двухполюсному компоненту, от напряжения называется вольтамперной характеристикой.

Электрические цепи, элементы электрических цепей. Условные обозначения элементов электрической цепи

Часто данную характеристику изображают в декартовых координатах графически. При этом на графике напряжение откладывают по оси абсцисс, а электрический ток – по оси ординат. Омические резисторы, вольтамперная характеристика которых описывается линейной функцией, называются линейными.

Примерами линейных электрических цепей являются цепи, которые содержат только конденсаторы, резисторы, а также катушки индуктивности, что не имеют ферромагнитных сердечников

Нелинейные электрические цепи приближенно можно описать по принципу линейных. Однако это возможно только в том случае, если изменений приращений токов на компоненте мало. При этом вольтамперная характеристика данного компонента заменяется линейной. Данный подход в физике носит название «линеаризация». При этом к электрической цепи присоединяется мощный аппарат анализа линейных цепей.

Примерами нелинейных электрических цепей могут быть любые электронные устройства, которые работают в линейном режиме и содержат нелинейные пассивные и активные компоненты (генераторы, усилители).

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Детская площадка своими руками - инструкция пошагово

Также электрические цепи подразделяются на разветвленные и неразветвленные. Во всех элементах неразветвленной цепи протекает электрический ток. В разветвленной цепи имеется два узла и три ветви. В каждой ветви протекает свой электрический ток. Ветвь определяется как участок цепи, который образован соединительными элементами последовательно.

Нюансы графической маркировки

Чтобы удобнее было анализировать и рассчитывать электрическую цепь, её изображают в виде схемы. В ней содержатся условные обозначения элементов, а также способы из соединения. В целом, что собой представляет электрическая цепь в виде схемы, хорошо дают понять, использованные в статье фотографии. Периодически можно встретить рисунки с иными схемами.

Основные элементы электрической цепи, в зависимости от конструкции и роли в схемах, могут быть классифицированы по разным системам. В рамках статьи их будет рассмотрено три.

Внешние и внутренние электрические цепи

Для формирования упорядоченного движения электронов, необходимо наличие разности потенциалов в любом участке электрической цепи. Это условие можно обеспечить, если подключить напряжение в качестве источника питания. В таком случае он называется внутренней электрической цепью.

Электрические цепи, элементы электрических цепей. Условные обозначения элементов электрической цепи

Остальные элементы образуют внешнюю электрическую цепь. Для того чтобы задать движение зарядов, против направления в источнике питания необходимо приложить сторонние силы.

https://www.youtube.com/watch?v=ytdevru

Подобными силами могут быть:

  • гальванический источник (батарея);
  • обмотка генератора;
  • выход вторичной обмотки генератора.

Напряжение в электрической цепи может быть постоянным и переменным. Все зависит от свойств источника питания. Электрические цепи по этому признаку разделяются на контуры. Электроны, кроме упорядоченного движения, задействованы в хаотичном тепловом движении. Скорость хаотичного движения носителей заряда увеличивается с повышением температуры. Однако такой тип не принимает участие в формировании электрического тока.

Род тока также зависит от источника питания, иными словами, свойства внешней цепи. Батарея компонента постоянно выдает напряжение, а разные обмотки трансформаторов или генераторов создают переменное напряжение. Все это зависит от внутренних процессов источника питания.

Внешние силы, которые формируют движение электронов, называются электродвижущими силами. Они характеризуются работой, которая выполняется источником для перемещения единицы заряда.

В любых расчетах электрических цепей используются два класса источников питания:

  • источники тока;
  • источники напряжения.

Такие идеальные источники тока в реальности не существуют, однако практически их пытаются имитировать. В бытовой сети имеется напряжение 220 Вольт с некоторыми нормированными отклонениями. Именно это – источник напряжения, поскольку норма дается именно на этот показатель.

Виды элементов

Условно их можно разделить на три группы:

  1. Источники питания. Особенностью данного вида элементов является то, что они могут превращать какой-то вид энергии (чаще всего химическую) в электрическую. Различают два типа источников: первичные, когда в электрическую энергию превращается другой вид, и вторичные, которые на входе, и на выходе имеют электрическую энергию (в качестве примера можно привести выпрямительное устройство).
  2. Потребители энергии. Они преобразовывают электрический ток во что-то другое (освещение, тепло).
  3. Вспомогательные элементы. Сюда относят различные составляющие, без которых реальная цепь не будет работать, как то: коммутационная аппаратура, соединительные провода, измерительные приборы и прочее, подобное по назначению.

Все элементы охвачены одним электромагнитным процессом.

Условные обозначения элементов электрической цепи в текстовом варианте представлены быть не могут, поэтому они изображены на фото. Но всё же описательная часть должна быть. Так, необходимо отметить, что элементы электрической цепи делят на пассивные и активные. К первым относят, например, соединительные провода и электроприёмники.

Пассивный элемент электрической цепи отличается тем, что его присутствием при определённых условиях можно пренебречь. Чего не скажешь о его антиподе. К активным элементам относят те из них, где индуцируется ЭДС (источники, электродвигатели, аккумуляторы, когда они заряжаются и так далее). Важными в этом плане являются специальные детали схем, которые обладают сопротивлением, что характеризуется вольт-амперной зависимостью, поскольку они взаимно влияют друг на друга.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  ТОП 10 лучших электрических проточных водонагревателей года

Когда сопротивление является постоянным независимо от показателя тока или напряжения, то данная зависимость выглядит как прямой отрезок. Называют их линейные элементы электрической цепи. Но в большинстве случаев, на величину сопротивления влияет и ток, и напряжение. Не в последнюю очередь это происходит из-за температурного параметра.

Как вы видите, условные обозначения элементов электрической цепи существуют разные и в большом количестве. Поэтому запомнить их сразу вряд ли удастся. В этом помогут схематические изображения, представленные в данной статье.

Они используются в сложных конструкциях, чтобы проверить, что и как будет работать:

  1. Ветвь. Так называют участок цепи, на котором одна и та же величина тока. Ветвь может комплектоваться из одного/нескольких элементов, которые последовательно соединены.
  2. Узел. Место, где соединяется как минимум три ветви. Если они соединены с одной парой узлов, то их называют параллельными.
  3. Контур. Подобным образом именуют любой замкнутый путь, который проходит по нескольким ветвям.

Вот такие деления имеют электрические цепи. Элементы электрических цепей во всех случаях, кроме ветви, обязательно присутствуют в множестве.

Компоненты электрической цепи

Электрическая цепь состоит из множества компонентов:

  1. Выключатель. Данное устройство цепи позволяет соединить источник питания с потребителем. При использовании выключателя на контактах образуется искра. Она возникает при наличии емкостного сопротивления. Чтобы не образовалось искрения, в электрическую цепь добавлены дроссели. Выключатель снабжается контактами специального вида. Для предотвращения искры электрические цепи могут иметь другие решения.
  2. Проводники. Электрические провода изготавливают из меди и алюминия. Эти материалы имеют низкое удельное сопротивление, хотя их стоимость постоянно повышается. Во время работы на проводах выделяется тепло, которое зависит от электрического тока и сопротивления участка цепи.
  3. Потребители. Остальные компоненты электрической цепи принято считать потребителями. Электродвигатель и лампа накаливания считаются полезной нагрузкой. Параметры электрической цепи сильно зависимы от потребителей. Обмотки трансформаторов, которые имеют электрические цепи, обладают большим индуктивным сопротивлением. Кроме тока направление может менять и мощность. При этом энергия может циркулировать как в одну, так и в другую сторону. В таком случае мощность называется реактивной, она не выполняет полезной работы. Однако она изменяет форму электрического сигнала. В промышленных целях целесообразно подключать конденсаторы к электродвигателям, которые будут компенсировать индуктивность с сопротивлением.

Индуктивные потребители имеют важное свойство: они расходуют электрическую энергию, которая в дальнейшем трансформируется в магнитное поле, и передается далее.

Как трактовать изображения на практике?

Электрические цепи, элементы электрических цепей. Условные обозначения элементов электрической цепи

Чтобы рассчитать и проанализировать реальные электрические цепи, используют графическую составляющую в виде схемы. В ней, размещённые элементы изображаются с помощью условных обозначений. Но здесь есть свои особенности: так, вспомогательные элементы обычно на схемах не указываются. Также, если сопротивление у соединительных проводов значительно меньше, чем у составляющих, то его не указывают и не учитывают.

https://www.youtube.com/watch?v=upload

Источник питания обозначается как ЭДС. При необходимости подписать каждый элемент, указывается, что у него внутреннее сопротивление r0. Но реальные потребители подставляют свои параметры R1, R2, R3, …, Rn. Благодаря этому параметру, учитывается способность элемента цепи преобразовывать (необратимо) электроэнергию в другие виды.

Законы, которые действуют в электрических цепях

Закон Ома устанавливает зависимость электрического тока, который протекает в проводнике, от сопротивления этого же проводника и направления в определенном участке цепи.

Закон Ома – это эмпирический закон, который определяет связь силы тока, что протекает в проводнике, с электродвижущей силой источника и сопротивлением.

$X = frac {a}{b l}$, где:

  • $X$ — это показания гальванометра;
  • $a$ — величина, которая характеризует свойства источника напряжения (она не зависит от величины тока и постоянна в широких пределах);
  • $l$ — величина, которая определяется длиной соединительных проводов;
  • $b$ — параметр, который характеризует свойства электрической установки в целом.

$I = frac {varepsilon }{R r}$, где:

  • $varepsilon $ — ЭДС источника напряжения;
  • $I$ — сила тока в электрической цепи;
  • $R$ — сопротивление элементов электрической цепи (внешних);
  • $r$ — внутреннее сопротивление, что исходит от источника напряжения.
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Газовая колонка или бойлер – что лучше выбрать?

В случае если сила тока обратно пропорциональна сопротивлению, а сам источник называется источником напряжения, то $rleqslant R$.

Если сила тока не зависит от свойств внешней электрической цепи, и источник называется источником тока, то $rgeqslant R$.

Часто используется выражение $U = IR$, где $U$ — падение напряжения или напряжение. Его также называют законом Ома.

$varepsilon = I_r IR = U ( r ) U ( R )$

Иными словами, сумма падений напряжения на внешней цепи и внутреннем сопротивлении источника равна ЭДС источника. В этом равенстве последний элемент физики называют «напряжение на зажимах», поскольку его отображает вольтметр, который измеряет напряжение источника с началом и концом замкнутой цепи.

Теорема Тевенена – это теорема, которая утверждает, что любой источник эквивалентно может заменяться на внутреннее сопротивление или соединенный источник напряжения последовательно.

Формулировка данной теоремы для линейных электрических цепей выглядит следующим образом: любая электрическая цепь имеет два вывода и состоит из произвольной комбинации источника тока, источников напряжения и резисторов.

Иными словами, электрический ток в любом сопротивлении $Z_n$, который присоединяется к любой цепи, приравнивается току в этом же сопротивлении $Z_n$. Последнее сопротивление присоединяется к идеальному источнику напряжения с тем напряжением, что приравнивается к холостому ходу цепи, а также обладает внутренним сопротивлением $Z_i$.

$V_th = V и R_th = frac {V}{I}$, где:

  • $V_th$ — ЭДС идеального источника;
  • $ R_th$ — сопротивление резистора, который включен в эквивалентную систему последовательно с источником.
Электрические цепи, элементы электрических цепей. Условные обозначения элементов электрической цепи

Режим короткого замыкания

https://www.youtube.com/watch?v=ytaboutru

При таких условиях ключ схемы замкнут, а сопротивление равняется нулю. Тогда напряжение на зажимах также = 0.

Если использовать оба режима, которые были уже рассмотрены, то по их результатам могут быть определены параметры активного двухполюсника. Если ток изменяется в определённых пределах (которые зависят от детали), то нижняя граница всегда равна нулю, и эта составляющая начинает отдавать энергию внешней цепи.

Если показатель меньше нуля, то отдавать энергию будет именно он. Также необходимо принять во внимание, что если напряжение меньше нуля, то это значит, что резисторами активного двухполюсника потребляется энергия источников, с которыми существует связь благодаря цепи, а также запасы самого устройства.

Номинальный режим

Он необходим для обеспечения технических параметров как всей цепи, так и отдельных элементов. В данном режиме показатели близятся к тем величинам, что указаны на самой детали, в справочной литературе или технической документации. Следует учитывать, что каждое устройство имеет свои параметры. Но три основных показателя можно найти почти всегда – это номинальный ток, мощность и напряжение, их имеют все электрические цепи. Элементы электрических цепей также все без исключения обладают ими.

Условные положительные направления

электрические цепи элементы электрических цепей

Их необходимо задавать, чтобы правильно формулировать уравнения, которые описывают происходящие процессы. Важность направления есть для токов, ЭДС источников питания, а также напряжений.

Особенности нанесения разметок на схемы:

  1. Для ЭДС источников они указываются произвольно. Но при этом необходимо учитывать, что полюс, к которому направлена стрелка, обладает более высоким потенциалом, по сравнению со вторым.
  2. Для токов, которые работают с источниками ЭДС – должны совпадать с ними. Во всех других случаях направление является произвольным.
  3. Для напряжений – совпадает с током.

Второй закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма ЭДС в любом выбранном замкнутом контуре является равной просуммированному числу падений напряжений на всех его участках. Всегда ли это так? Нет.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcreatorsru

Если в электрическую цепь были включены источники напряжений, то данный показатель будет равен нулю. Во время записи уравнения согласно этому закону необходимо:

  1. Выбрать направление, по которому будет осуществляться обход контура.
  2. Задать положительные показатели для токов, ЭДС и напряжений.
Оцените статью
MALIVICE.RU
Adblock
detector