Понятие об электрической цепи, электрическом токе, напряжении, электродвижущей силе

Электрическая цепь — совокупность устройств, в которых элек­тромагнитные процессы могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении.

Проще, электрической цепью называется совокупность источников тока и потребителей, соединенных проводами.

Отдельное устройство, входящее в электрическую цепь назы­вают элементом электрической цепи.

Чертежи, на которых изображены способы соединения электрических приборов в цепь, называются схемами.

Основными элементами элек­трической цепи являются:

источники электромагнитной энергии (далее — источники) — аккумуляторы, термоэлектрические элементы, электрические ге­нераторы, фотоэлектрические элементы и т.д., — в которых про­исходит преобразование энергии какого-либо вида (энергии хи­мических реакций, тепловой энергии, механической энергии, световой энергии и т.д.) в электрическую энергию;

элементы передачи электромагнитной энергии — соединитель­ные провода, воздушные линии электропередачи, электрические кабели;

приемники энергии (далее — приемники) — электролампы, электропечи, электродвигатели и т.д., — в которых электромаг­нитная энергия преобразуется в энергию какого-либо другого вида (тепловую, механическую и т.д.).

Простейшая электрическая цепь для питания электрической лампы изображена на рис. 1.1, где источником является аккуму­лятор, приемником — электрическая лампа, а элементом переда­чи — провода. Рисунки, на которых изображены элементы элект­рических цепей и соединяющие их провода, называются мон­тажными схемами.

Прежде чем перейти к классификации и изучению цепей, по­знакомимся с понятиями электрического тока, напряжения и элек­тродвижущей силы, используемыми в определении электрической цепи.

Рис. 1.1. Простейшая электрическая цепь для питания электрической лампы:

1 — аккумулятор; 2 — электрическая лампа

Электрический ток — явление направленного движения элект­рических зарядов. За положительное направление тока I принима­ется направление движения положительных зарядов. Силу тока определяют как отношение суммарного заряда д, протекающего через некоторое сечение проводника (в общем случае вещества) за время t, к этому времени:

Если за одну секунду (1 с) через это сечение прошел один кулон* (1 Кл) заряда, то единицу тока называют ампером (1 А = = 1 Кл/с). На практике наряду с основной единицей силы тока — ампе­ром используют дольные и кратные единицы: миллиампер (1 мА = 1 • 10 ^-3А) и килоампер (1 кА= 1 • 10³ А).

Напряжение U участка цепи — отношение работы А электри­ческого поля по перемещению положительного заряда q вдоль этого участка к величине заряда: U = А/q.

Если для перемещения заряда в один кулон (1 Кл) требуется совершить работу в один джоуль (1 Дж), то полученную единицу напряжения называют вольтом (1 В = 1 Дж/Кл). На практике на­ряду с основной единицей напряжения — вольтом — использу­ют дольные и кратные единицы: милливольт (1 мВ = 1 • 10 ^-3 В) и киловольт (1кВ= 1 • 10³ В).

Электродвижущая сила (ЭДС) характеризует способность поля сторонних сил (механических, сил химических реакций и т.д.) или индуцированного поля вызывать электрический ток.

Электродвижущая сила E формально определяется так же, как и напряжение: Е=А/q.

Но работа А по перемещению заряда осу­ществляется силами стороннего поля, и направление ЭДС на уча­стке цепи, на котором она действует, противоположно направ­лению напряжения этого участка Понятие ЭДС вводится исключительно для тех участков цепи, на которых действуют сторонние силы (в цепи, изображенной на рис. 1.1, это участок с аккумулятором). Единицей ЭДС, как и напряже­ния, является вольт (В).

В электротехнике ток, напряжение и ЭДС принято обозначать прописными буквами /, U, Е, в случае если они неизменны во времени t.

Если же они не постоянны, т.е. изменяются во времени, то их обозначают соответствующими строчными буквами: I, u, e;

· Заряд элементарной заряженной частицы — электрона — равен 1,6- 10~¹⁹ Кл.

· Электрические частицы движутся со скоростью несколько см /мин;