Активные и пассивные элементы электрических цепей. Закон Ома
Элементы электрических цепей подразделяются на активные и пассивные.
К активным элементам относятся источники ЭДС и источники тока. К пассивным элементам относятся сопротивления или резисторы (R), индуктивности (L) и конденсаторы (C).
В электрическом сопротивлении энергия электрической цепи преобразуется либо в тепловую энергию, либо в световую энергию.
Сопротивление проводника R измеряется в омах (Ом) и определяется соотношением:
, (1.4)
где - удельное сопротивление материала проводника (Ом ∙ м),
- длина проводника (м),
- сечение проводника (м²).
Сопротивление проводника постоянному току зависит от температуры. Если температура изменяется от 0 до 100° C, то количественной оценкой зависимости сопротивления металлов от температуры служит температурный коэффициент сопротивления с единицей измерения 1/°C. Обозначив через R1 и R2 сопротивления соответственно при температурах t1 и t2, можно R2 выразить формулой:
. (1.5)
Для участка цепи с нагрузочным сопротивлением (рис. 1.3) запишем соотношение:
. (1.6)
Рис 1.3. Электрическая цепь постоянного тока
Выражение (1.6) является законом Ома для участка цепи: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку.
Рассмотрим полную цепь (рис. 1.3). Согласно закону Ома для участка цепи, , , тогда в соответствии с (1.3) . Отсюда:
. (1.7)
Выражение (1.7) является законом Ома для всей цепи: сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника.
За единицу сопротивления принято сопротивление (столкновение движущихся свободных электронов с ионами кристаллической решетки) такого участка цепи, в котором устанавливается ток в 1А при напряжении в 1В:
. (1.8)
Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью:
. (1.9)
Единицей электрической проводимости является сименс (См)
. (1.10)
Элементы электрической цепи, характеризующиеся сопротивлением R, называют резистивными. Резисторы выполняются проволочными (с большим удельным сопротивлением) и непроволочными.
Условные графические изображения резисторов изображены в таблице 1.1.
Свойство элемента электрической цепи создавать магнитное поле, когда по нему протекает электрический ток, характеризуется параметром индуктивности L. В качестве индуктивности будем рассматривать катушку индуктивности.
Индуктивность катушки определяется зависимостью:
, (1.11)
где Ф - магнитный поток одного витка катушки в веберах (Вб);
- количество витков катушки;
- постоянный ток катушки в амперах (А);
- индуктивность катушки в генри (Гн).
Таблица 1.1
Наименование резистора: | Условное обозначение |
постоянный с отводами реостатный переменный терморезистор |
На практике пользуются единицами измерения индуктивности: миллигенри (1мГн = 10ֿ³ Гн) и микрогенри (1мкГн = 10ֿ6 Гн).
Энергия магнитного поля катушки определяется зависимостью:
. (1.12)
Свойство элемента электрической цепи создавать электрическое поле, когда по нему протекает электрический ток, характеризуется параметром ёмкости С конденсатора. Конденсатор - устройство, состоящее из двух металлических проводников, разделенных диэлектриком, предназначенных для использования их ёмкости.
Ёмкость конденсатора определяется зависимостью:
, (1.13)
где - электрический заряд в кулонах (Кл);
- напряжение между пластинами конденсатора в вольтах (В);
- электрическая емкость конденсатора в фарадах (Ф).
На практике пользуются более мелкими единицами – микрофарадой
(1мкФ = 10ֿ6 Ф) или пикофарадой (1пФ = 10ֿ¹² Ф). Энергия электрического поля конденсатора определяется зависимостью:
. (1.14)
Дата добавления: 2020-10-14; просмотров: 565;