Электрическая цепь, параметры электрических цпей: электрическое сопротивление, электрическая емкость,индуктивность

безвозвратно теряется в нем, преобразуясь в другие виды энергии (тепловую, механическую и т. п.). Мощность этой энергии P определяется током и напряжением этого участка среды

.

Данное выражение называется закон Джоуля – Ленца. С учетом закона Ома, связывающего ток и напряжение проводящего участка закон Джоуля – Ленца может быть записан в других формах

, .

Таким образом , введенный идеализированный элемент – электрическое сопротивление R оценивает безвозвратно потребляемую электрическую энергию в нем.

В системе Си электрическое сопротивление измеряется в Омах (Ом) , мощность в ваттах ( Вт ). При больших значениях сопротивления и мощности используют в качестве единиц измерения килоомы ( кОм), мегаомы (МОм), киловатты (кВт),мегаватты (МВт).

Следует отметить, что при выборе направлений отсчета (стрелок) тока и напряжения на R навстречу друг другу в законах Ома и Джоуля – Ленца появляется знак минус

, .

Емкость

Если ЭМП существует в части пространства заполненной диэлектрической средой с током электрического смещения в ней i(t) и в процентном соотношении энергия определяемая этим током значительно превосходит энергию магнитного поля и энергию токов проводимости появляющихся в этой среде в связи с несовершенством диэлектрика, то эту часть среды можно в интегральном смысле заменить некоторым условным элементом, называемым емкость C. Этот элемент связывает между собой ток электрического смещения протекающий через данную часть пространства и напряжение между граничными точками рассматриваемой диэлектрической среды

или

.

В электрических цепях такой участок изображается в виде схемы

Емкость оценивает энергию электрического поля W_э , поступающего в диэлектрическую среду участка и запасенную в ней

.

Если электрическое поле не изменяется во времени , то есть постоянно, то процесс переполяризации диэлектрика отсутствует и ток электрического смещения равен нулю . Следовательно , в режиме постоянного тока емкость является разрывом для цепи на данном участке.

В элементе емкость не происходит преобразования энергии электрического поля в другие виды энергии, а осуществляется запасание (консервирование) этой энергии. Если сравнивать энергетические процессы в элементах R и C, то они в чем-то напоминают энергетические процессы в механике, где разделяется физическая сущность кинетической и потенциальной энергий.

В системе Си емкость измеряется в фарадах (Ф). При малых значениях емкости часто используют такие единицы измерения как микрофарады (мкФ),

нанофарады (нФ), пикофарады (пФ).

Индуктивность

Как было отмечено ЭМП кроме электрической составляющей имеет и магнитную. Магнитное поле появляется там, где есть движущиеся заряды ( электрический ток), в виде вихрей вокруг линий тока.

u(t)

i(t)

L

Больших концентраций энергии магнитного поля добиваются с помощью катушек намотанных на каркас большим числом витков. Если в процентном соотношении энергия магнитного поля сосредоточенного в области катушки значительно преобладает над энергией тока проводимости в витках катушки и энергий тока электрического смещения стекающего с поверхности витков в окружающую диэлектрическую среду, тогда данный участок можно представить в виде идеализированного элемента индуктивность L. Условное изображение этого элемента в электрических схемах представлено ниже

Ток, создающий магнитное поле и напряжение, вычисленное между точками входа тока в катушку и его выхода по пути, где магнитное поле уже практически отсутствует связаны соотношениями:

Индуктивность L оценивает энергию магнитного поля запасного в объеме данного участка

Если магнитное поле не изменяется во времени, то есть создается постоянным током, то напряжение на этом элементе будет равно нулю. В режиме постоянного тока индуктивность становиться “закороткой” то есть нулевым сопротивлением. Физическое объяснение этого факта связано с тем, что напряжение появляется в переменных магнитных полях как следствие действия закона электромагнитной индукции (закон Фарадея).

Энергия магнитного поля также не преобразуется в данной части пространства в другие виды энергии, и только консервируется в нем (запасается). В системе Си индуктивность измеряется в генри (Гн).

Кроме введенных выше пассивных идеализированных элементов в ЭЦ действуют и активные идеализированные элементы.

Активные идеализированные элементы ЭЦ

Активным элементом ЭЦ является источник сторонних сил (ЭДС).

В электрических цепях источники ЭДС изображаются в виде .

Если источники ЭДС постоянные (например, аккумуляторная батарея), то их схематически часто изображают в виде

Источники ЭДС, разделяют и перемещают заряды на отдельных участках пространства . Заряды, появляющиеся на границе участка сторонних сил порождают тем самым электрическое поле в других частях пространства, где это поле способно перемещать заряды, то есть создавать электрические токи . Конфигурацию этого поля можно менять, меняя конфигурацию материальной среды этого пространства. Это позволяет, например, без больших потерь энергии доставлять поле в любые отдаленные участки среды. В этом одно из значительных достоинств использования ЭМП.

По закону сохранения энергии работа сил появляющегося электрического поля по перемещению зарядов вне источника ЭДС и работа сторонних сил должны совпадать. Следовательно, источник ЭДС создает напряжение электрического поля на своей границе равное ЭДС

Это основное свойство идеализированного источника ЭДС, то есть независимо от конфигураций, подключаемых к ЭДС сред напряжение на границах (на входе цепи) остается неизменным и равным ЭДС. Поэтому такие источники ЭДС называют источниками напряжения.

Кроме источников напряжения в качестве источников сторонних сил существует и источники тока. В отличие от источников напряжений эти источники вырабатывают движущиеся заряды то есть ток, причем величина тока уже предопределена, задана и не зависит от количества подключаемых элементов. Физической интерпретацией такого источника в какой-то мере может служить источник радиоактивного излучения.

Условное изображение идеализированного источника тока в ЭЦ представлено ниже

Таким образом, моделирование ЭМП реального электротехнического устройства может быть осуществлено с помощью двух групп идеализированных элементов: пассивных и активных.

В результате такого моделирования упрощенная модель ЭМП называется электрическая цепь (ЭЦ).