Источники электрической энергии

Основные понятия и элементы линейных пассивных электрических цепей

Электрический ток и напряжение - основные величины, характеризующие состояние электрических цепей.

Электрический ток в проводнике есть упорядоченное перемещение электрических зарядов. Носителями заряда в металлах являются электроны, в плазме и электролите – ионы. В полупроводниках носителями заряда являются также дефекты электронных оболочек ядер кристаллической решётки – «дырки». Функционально они эквивалентны положительным зарядам.

Наличие электрического тока проявляется в виде трёх эффектов:

• в окружающей среде возникает магнитное поле;

• проводник, по которому протекает ток, нагревается;

• в проводниках с ионной проводимостью возникает перенос вещества.

Ток оценивают интенсивностью или силой тока, измеряемой скоростью изменения заряда во времени:

, [А] = Кл/с

Задавая ток, необходимо указать закон его изменения во времени и положительное направление. После расчёта режима работы цепи некоторые значения тока могут получиться отрицательными. Это означает, что действительное направление тока противоположно выбранному. Прохождение электрического тока по цепи связано с потреблением энергии. По характеру изменения во времени электрический ток разделяют на постоянный и переменный. Последний, в свою очередь, бывает синусоидальным и несинусоидальным.

Напряжением называют количество энергии, затрачиваемой на перемещение единицы заряда из одной точки в другую либо равно работе, затраченной на перемещение заряжённых частиц по участку электрической цепи, к величине перемещённого заряда:

Перед расчётом необходимо указать положительные направления напряжений на элементах.

Источники электрической энергии

Электродвижущая сила. Движение носителей зарядов в электрической цепи, как всякое движение требует передачи энергии движущимся объектам. Если на некотором участке цепи заряжённые частицы получают энергию, то принято говорить, что на этом участке действует сила, приводящая их в движение, т.е. электродвижущая сила (ЭДС).

Источником энергии для получения ЭДС могут быть различные физические явления, при которых возникает воздействие на заряжённые частицы – химические, тепловые, электромагнитные и др. процессы. Численно ЭДС равна работе по перемещению единичного заряда на участке её действия т.е. равна U.

Источник ЭДС – элемент с двумя выводами, электродвижущая сила которого, изменяясь заданным образом во времени, не зависит от величины тока отдаваемого во внешнюю электрическую цепь.

Источник тока – элемент цепи, по выводам которого протекает ток с заданным законом изменения во времени и не зависящим от напряжения между выводами.

а) б)

в) г)

Рис.1.1. Идеальные источники электрической энергии. а) источник ЭДС; б) ВАХ идеальной ЭДС; в) источник тока; г) ВАХ идеального источника тока