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)