Устройство конденсатора
Конденсатор (емкостной элемент) запасает энергию электрического поля: ;
Рис.1.4. Конденсатор: /, 2 — металлические пластины; 3 — диэлектрик |
его мгновенная мощность р= i∙u характеризует скорость изменения этой энергии во времени. Конденсатор выполняется в виде двух металлических пластин 1, 2, разделенных слоем диэлектрика 3 (рис. 1.4). Емкость, для использования которой и предназначен конденсатор, представляет собой отношение двух равных по величине, но противоположных по знаку зарядов пластин, разнесенных в пространстве, к напряжению этого элемента С= q/u. Единицей емкости является фарад (1 Ф =1Кл/В). Емкостью обладает не только конденсатор, но и пары проводов электропередачи, емкостью характеризуется связь каждого из этих проводов с землей. При составлении схемы замещения реальной цепи подобные связи заменяют емкостными элементами, входящими в схему наравне с конденсаторами.
Устройство катушки
Индуктивная катушка (индуктивный элемент) запасает энергию магнитного поля:
ее мгновенная мощность р = i∙u характеризуется скоростью изменения этой энергии во времени.
Конструктивно такая катушка выполняется из проводника в виде винтовой линии (рис. 1.5). Ток i создает магнитное поле, направление индукции которого показано стрелками. Полагая плотность индукции В одинаковой по сечению S катушки, магнитное поле можно охарактеризовать магнитным потоком Ф = ВS. Произведение этого потока на число витков катушки называют потокосцеплением . Индуктивность характеризует связь между потокосцеплением и вызывающим его током: . Единицей магнитного потока является тесла (1 Тл = 1 Вб ∙1м2, единицей индуктивности — генри (1 Гн = 1 Тл/1 А).
Таким образом, индуктивная катушка — элемент цепи, предназначенный для использования его индуктивности. Индуктивностью помимо катушек обладают и другие элементы реальных электрических цепей, в частности провода линий электропередачи, что необходимо отражать в схемах замещения соответствующих цепей.
Таким образом, любая часть реальной электрической цепи обладает всеми перечисленными параметрами (R, L, С), а резистор, конденсатор, катушка — элементы, в которых соответственно сопротивление, емкость и индуктивность являются основными параметрами, другими же их параметрами обычно пренебрегают.
Рис. 1.5. Индуктивная катушка |
Схема электрической цепи, состоящая из источника ЭДС е, резистора R, индуктивной катушки L и конденсатора С изображена на рис. 1.7, а.
В схемах электрических цепей принято выделять ветви — последовательность элементов, имеющих один ток, и узлы — места соединения нескольких ветвей. Так, в схеме, представленной на рис. 1.7, а, можно выделить три ветви с токами i1, i2, i3 соответственно и два узла I и 11.
Электрические цепи классифицируют по типу электромагнитных процессов и типу элементов.
По типу электромагнитных процессов электрические цепи подразделяют на цепи постоянного тока (если токи и напряжения всех элементов не изменяются во времени) и цепи переменного тока (если токи и напряжения изменяются во времени). Важным частным случаем цепей переменного тока являются цепи синусоидального тока (токи и напряжения таких цепей изменяются во времени по синусоидальному закону), которые будут рассмотрены в гл. 4.
Наиболее простой класс цепей — цепи постоянного тока, поскольку в схемы их замещения не входят индуктивные катушки и конденсаторы. Из допущения о постоянстве тока из компонентного уравнения катушки и = (см. рис. 1.2, д) следует, что ее
напряжение будет равно нулю, т.е. сама катушка в схеме замещения цепи на постоянном токе будет представлять собой идеальный проводник с нулевым сопротивлением — так называемую закоротку. Из допущения о постоянстве напряжения для конденсатора (см. рис. 1.2, г) из компонентного уравнения емкости
следует, что ток этого элемента равен нулю, а сам элемент будет представлять в схеме замещения на постоянном токе разрыв ветви. Таким образом, схеме электрической цепи переменного тока (рис. 1.7, а) при постоянном токе будет соответствовать схема замещения (рис. 1.7, б).
По типу элементов электрические цепи подразделяют на линейные и нелинейные. Цепь считается линейной, если все элементы линейны, т.е. их параметры (сопротивления, индуктивности, емкости, ЭДС, токи источников тока) не зависят от интенсивности процессов. Цепь считается нелинейной, если она содержит хотя бы один нелинейный элемент.
Дата добавления: 2020-10-14; просмотров: 318;