Устройство конденсатора

Конденсатор (емкостной элемент) запасает энергию электрического поля: ;

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.

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.