Из каких элементов состоит электрическая цепь

В каких режимах работает электрическая цепь?

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 электродвижущая сила 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. 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 источник электрической энергии, а во втором он отсутствует.

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.

Принцип функционирования электрической цепи

Таким образом, простейшая электрическая цепь функционирует следующим образом: от источника заряд движется по проводам к нагрузке, совершает там некую работу и дальше движется по проводам вновь к источнику. Но уже к другому полюсу источника. Электрический заряд , проходя через нагрузку, совершает некую работу и, соответственно, теряет энергию.

Эта энергия восполняется в источнике тока. Ключ служит для размыкания и замыкания цепи. То есть, в любой момент мы можем разомкнуть цепь, и ток перестанет идти. Лампочка потухнет, двигатель остановится, нагрузка перестанет получать энергию. При замыкании ключа цепь восстановится, и ток потечет вновь.

Таков принцип функционирования любой электрической цепи. Сколь бы сложной и разветвленной она ни была, суть все равно остается той же, — ток от источника течет к приемнику и совершает там некую работу. Важное условие для работы любой цепи — это, чтобы она была замкнутой. При обрыве цепи в любом месте, это будет равносильно размыканию ключа, и ток перестанет течь.

Для того чтобы можно было наглядно изобразить электрическую цепь на бумаге, ее рисуют в виде чертежей, которые называются схемами. На схемах все элементы цепи имеют свои условные обозначения. Любую существующую цепь можно зарисовать и рассчитать на бумаге. Обычно процесс создания сколько-нибудь сложной цепи так и начинается — с чертежа на бумаге, где все тщательно рассчитывается и продумывается, прежде чем приступить к непосредственному созданию реальной электрической цепи.

Предлагаем ознакомиться:  На какой день цикла происходит овуляция Периодичность и методы определения овуляции

Для того чтобы использовать энергию электрического тока, нужно прежде всего иметь источник тока.

Электродвигатели, лампы, плитки, всевозможные электробытовые приборы называют приёмниками
или потребителями электрической энергии.

Электрическую энергию нужно доставить к приёмнику. Для этого приёмник соединяют с источником электрической энергии проводами.

Чтобы включать и выключать в нужное время приёмники электрической энергии, применяют ключи,рубильники, кнопки, выключатели, т. е. замыкающие и размыкающие устройства.

Источник тока, приёмники, замыкающие устройства, соединённые между собой проводами, составляют простейшую электрическую цепь.

Чтобы в цепи был ток, она должна быть замкнутой, т. е. состоять только из проводников электричества. Если в каком-нибудь месте провод оборвётся, то ток в цепи прекратится. (На этом и основано действие выключателей.)

Чертежи, на которых изображены способы соединения электрических приборов в цепь, называют схемами. Приборы на схемах обозначают условными знаками (рис. 49). На рисунке 50 изображена схема простейшей электрической цепи.

Рис. 49. Условные обозначения, применяемые на схемах:
1 — гальванический элемент или аккумулятор; 2 — батарея элементов и аккумуляторов; 3 — ключ; 4 — электрическая лампа; 5 — электрический звонок; 6 — резистор (проводник, имеющий определённое сопротивление)

Рис. 50. Схема электрической цепи

Вопросы

  1. Каково назначение источника тока в электрической цепи?
  2. Какие приёмники, или потребители, электрической энергии вы знаете?
  3. Из каких частей состоит электрическая цепь?
  4. Какую электрическую цепь называют замкнутой; разомкнутой?

Упражнение 23

Мы уже выяснили, что для использования электроэнергии
нужны такие вещи, как источник тока, проводники, приборы и т.д. Для того, чтобы
все эти вещи взаимодействовали, нужно построить электрическую цепь, с помощью
которой энергия будет доставляться потребителям от источника тока. Для
соединения источника с потребителем нужны провода.

Кроме того, потребитель
должен иметь возможность выбирать, когда именно он хочет использовать
электроэнергию, поэтому существуют выключатели и рубильники. Итак, чтобы в цепи
был ток, она должна быть замкнутой, т.е. состоять только из проводников, с
помощью которых соединены источник тока, приёмник и другие элементы цепи.

Для того, чтобы можно было быстро и понятно нарисовать
схему электрической цепи, люди придумали условные обозначения для каждого
элемента цепи. На этом уроке мы рассмотрим обозначения для самых простых
элементов цепи, а по мере изучения новых составных частей мы введём
соответствующие обозначения.

Все прекрасно знают, что если непрерывно нажимать на
выключатель, то можно заставить лампочку мигать. Теперь мы знаем, что именно
происходит при нажатии на выключатель: электрическая цепь размыкается, в
результате чего ток перестаёт проходить через лампочку, и она гаснет.

Упражнения.

Задача 1.
В
цепи есть две лампочки и один выключатель. Можно ли заставить одну из лампочек
гореть, а одну — не гореть?

Нет, потому что выключатель либо замыкает, либо
размыкает цепь. Поэтому, ток либо пройдёт через обе лампочки, либо не пройдет
ни через одну из них.

Задача 2.
Какую
нужно построить цепь, с двумя лампочками, чтобы можно было не зажигать ни одну
из них, зажечь только одну или зажечь обе?

Из предыдущей задачи мы уже убедились, что в цепи
должно быть два выключателя: первый для размыкания всей цепи, а второй — для
выключения из сети одной из лампочек.

Предлагаем ознакомиться:  Мази для глаза: какие лучше и как использовать

Задача 3.
На
рисунке указана цепь с тремя лампочками. Можно ли сделать так, чтобы только две
из них горело?

Конечно, нет. На рисунке не указан источник тока, а
без него ни одна из лампочек не загорится. Указанная схема соответствует тому,
что к лампочкам подключены провода и выключатели.

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.

Почему это так? Обозначения элементов электрической цепи схем, созданных на территории СНГ и других стран, немного разнятся. Это происходит из-за использования различных систем графической маркировки. 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.

Как трактовать изображения на практике?

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.

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.

Элементы схемы электрической цепи

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.

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.

Режим короткого замыкания

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.

Предлагаем ознакомиться:  Какой хмель нужен для пива

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.

Согласованный режим

Он используется для обеспечения максимальной передачи активной мощности, которая идет от источника питания к потребляемому энергию. При этом нелишним будет высчитать параметр полезности. Когда осуществляется работа с данным режимом, необходимо соблюдать осторожность и быть готовым, что часть схемы выйдет из строя (если заранее не проработать теоретические аспекты).

Основные элементы во время проведения расчетов для электрических цепей

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.

Условные положительные направления

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.

Первый закон Кирхгофа

Любой узел электрической цепи имеет алгебраическую сумму токов, которая равна нулю. Токи, которые идут к узлу, в данном случае берутся со знаком плюс. Те, что направлены от него – с минусом. Важность этого закона заключается в том, что с его помощью устанавливается зависимость между токами, которые находятся на разных узлах.

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