2.6 Тема. Магнитные цепи

1. Электрические и
магнитные цепи.
1.1Линейные электрические
цепи постоянного тока
Лекция 1. Основные сведения
об электрических цепях.
Фундаментальные законы.
Ключевые слова
•
•
•
•
•
Электрическая цепь;
Пассивные и активные элементы;
Узел, ветвь, контур, потенциал;
Ток, энергия, мощность;
закон Ома, законы Кирхгофа.
1.1 Электрическая цепь,ее
функциональные и топологические
элементы.
•
•
Электрическая цепь - это
совокупность устройств,
предназначенных для производства,
передачи, преобразования и
использования электрического тока.
Электрическая схема - это
графическое изображение
электрической цепи,
включающее в себя условные
обозначения устройств и
показывающее соединение этих
устройств. На рис. 1.1
изображена электрическая схема
цепи, состоящей из источника
энергии, электроламп 1 и 2,
электродвигателя 3.
Топологические элементы цепи
• Ветвь – это участок цепи с двумя выводами, на
котором элементы соединены последовательно и
имеют общий ток.
• Узел – это точка, в которой соединяются три и
более ветвей.
• Контур – любой замкнутый путь, проходящий
через несколько ветвей и узлов. Контур не может
содержать ветвь с источником тока.
• Электрические цепи делятся на
• Линейные
• Нелинейные
Электрическим током
i(t)
называют упорядоченное движение зарядов q(t)
в проводящей среде под действием электрического поля:
i(t)=dq(t)/dt
Под
направлением
тока
понимают
направление
перемещения положительных зарядов.
За единицу тока (силы тока) принят ампер [A].
Ток в проводнике равен 1А, если через поперечное сечение
проводника за 1с проходит заряд q=1Кл
1А=1Кл/1с.
Электрическим потенциалом j некоторой точки электрической
цепи называют величину, равную отношению потенциальной энергии W,
которой обладает заряд q, находящийся в данной точке, к этому заряду:
j= W/q.
Потенциальная энергия W равна энергии, расходуемой зарядом при его
перемещении из данной точки электрической цепи в другую точку
,имеющую нулевой потенциал j=0.
За точку с нулевым потенциалом принимают заземленную точку,
соединенную проводником с металлическим элементом (с листом,с
трубой,с пластиной), закопанным в землю, куда стекаются все заряды.
Расходуемая энергия не зависит от пути перемещения заряда. За
единицу электрического потенциала принят вольт[В]. Вольтом называют
потенциал точки электрической цепи, в которой заряд q в 1Кл
обладает
потенциальной энергией W в 1Дж:
ab
ba
abb
1В=1Дж/1Кл.
Разность
потенциалов
между
двумя
точками а и b
электрической цепи называют напряжением U или падением
напряжения.
Функциональные
элементы цепи
Пассивные
Активные
Пассивные
элементы
резистор
Катушка
индуктивности
конденсатор
Активные элементы
Источники
напряжения
Источники
тока
Резистор
• Сопротивление в схеме замещения
• Сопротивление пассивного участка
цепи в общем случае определяется
по формуле:
• Сопротивление проводника
определяется по формуле
Катушка индуктивности
•
•
Индуктивность идеальный элемент схемы
замещения, характеризующий
способность цепи
накапливать магнитное поле.
Индуктивность катушки,
измеряемая в генри [Гн],
определяется по формуле
Конденсатор
•
Емкость - идеальный элемент схемы
замещения, характеризующий способность
участка электрической цепи накапливать
электрическое поле.
• Емкостью обладают только конденсаторы.
Емкостью остальных элементов цепи
пренебрегают.
• Емкость конденсатора, измеряемая в фарадах
(Ф), определяется по формуле
Источник напряжения
•
•
Источник ЭДС –характеризуется
электродвижущей силой и
внутренним сопротивлением.
Идеальным называется источник
ЭДС, внутреннее сопротивление
которого равно нулю.
Ri внутреннее сопротивление
источника ЭДС.
Стрелка ЭДС направлена от
точки низшего потенциала к точке
высшего потенциала, стрелка
напряжения на зажимах источника
U12 направлена в противоположную
сторону от точки с большим
потенциалом к точке с меньшим
потенциалом.
У идеального источника
ЭДС внутреннее сопротивление Ri =
0, U12 = E.
Источник идеального напряжения – устройство
напряжение на зажимах которого не зависит от тока
протекающего в цепи
1 – ВАХ идеального источника
Схема замещения
E
2 – ВАХ реального источника
R0
E
Источник тока
• характеризуется
величиной тока и
внутренней
проводимостью.
• Идеальным называется
источник тока, внутренняя
проводимость которого
равна нулю.
•
Ток идеального
источника не зависит от
сопротивления внешней
части цепи. Условное
изображение источника
тока показано на рис .
Источник тока – устройство в котором ток не
зависит от напряжения на зажимах
1- ВАХ идеального источника
Схема замещения
2 – ВАХ реального источника
Схема замещения
Вольт-амперная
характеристика
1.2 Компонентные уравнения
• Компонентные уравнения устанавливают связь
между током и напряжением для данного элемента.
• Резистор необратимо преобразует (рассеивает)
электрическую энергию в другие виды.
•
Конденсатор накапливает энергию
электрического поля. Емкостью С конденсатора
называют коэффициент пропорциональности
между зарядом q[Кл] и напряжением U[В] на его
электродах
С=q/U.
Индуктивность накапливает энергию магнитного
поля. Ток i(t) в витках катушки
индуктивности
создает магнитный поток Ф (t),пронизывающий эти
витки.
1.3 Фундаментальные законы
электрических цепей
Основные законы
электрических
цепей
закон Ома
1-ый
закон Кирхгофа
2-ой
закон Кирхгофа
Закон Ома
•
•
•
На рисунке изображен участок
цепи с сопротивлением R.
Ток, протекающий через
сопротивление R,
пропорционален падению
напряжения на сопротивлении
и обратно пропорционален
величине этого сопротивления.
Падением напряжения на
сопротивлении называется
произведение тока,
протекающего через
сопротивление, на величину
этого сопротивления.
1-ый закон Кирхгофа
• Алгебраическая сумма
токов в любом узле
цепи равна нулю.
• Токам, направленным к
узлу, присвоим знак
"плюс", а токам,
направленным от узла знак "минус". Получим
следующее уравнение:
2-ой закон Кирхгофа
•
для внешнего контура
этой схемы уравнение
по второму закону
Кирхгофа,
алгебраическая сумма
ЭДС вдоль любого
замкнутого контура
равна алгебраической
сумме падений
напряжений в этом
контуре
Энергетический баланс мощностей
Оглавление
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Электрическая цепь
Элементы цепи
Резистор
Катушка индуктивности
Конденсатор
Источник напряжения
Источник тока
Закон Ома
1-ый закон Кирхгофа
2-ой закон Кирхгофа
1
3
2
4