Материал: 1824

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

I	E	,	(1)

R1 R2 r0

где Е – ЭДС источника питания; R1 и R2 – сопротивления резисторов; r0 – внутреннее сопротивление источника питания.

В электрической цепи различают два

участка: внутренний и внешний. Источник

является

внутренним

участком.

Все

остальные

элементы

относятся

Uи

–

внешнему участку.

Источник

электрической энергии

осуществляет направленное перемещение

электрических зарядов по всей замкнутой

цепи.

Интенсивность

направленного

Рис. 1. Схема

перемещения

зарядов

характеризует

электрической цепи

величину тока I.

Из уравнения (1) определим ЭДС.

E I (R1 R2 r0 ) I R1 I R2 I r0.

(2)

Таким образом, при протекании тока в цепи на каждом элементе возникают падения напряжения:

	U	1	I R ;
				1	(3)
	U2 I R2;
	U	0 I r0 ,

где U1 и U2 – падения напряжения на внешнем участке цепи; U0 – падение
напряжения на внутреннем участке цепи.
С учетом соотношений (3) уравнение (2) примет вид
E U1 U2 U0				Uи U0,	(4)
где Uи U1 U2 – напряжение на выходе источника питания.
Из уравнения (4)
или	Uи E U0 ,				(5)
					(6)
	Uи	E I r0.

Из уравнения (6) видно, что напряжение на выходе источника питания меньше ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника.

С увеличением нагрузки во внешней цепи (например, уменьшением сопротивления R1) увеличивается ток (см.

Ir0

Uи I

Рис. 2. Внешняя характеристика источника питания

пряжения на внутреннем сопротивлении источника r0, что приводит к уменьшению напряжения на выходе источника питания.

Зависимость выходного напряжения источника питания от тока нагрузки называется внешней характеристикой источника питания (рис. 2).

1.2.Способы соединения резисторов в электрических цепях

1.2.1.Последовательное соединение резисторов

Последовательное

соединение

резисторов – это такое соединение, при

котором через все участки цепи протекает

один и тот же ток (рис. 3).

R2 U2

Полное сопротивление цепи

R=R1+R2+R3;

(7)

–

;

(8)

R1 R2 R3

U=U1+U2+U3.

(9)

Рис. 3. Последовательное

соединение резисторов

1.2.2. Параллельное соединение резисторов

Параллельное соединение резисторов

R1 I2

– это такое соединение, при котором все

R2 участки цепи подключены к одной паре

узлов, т.е. находятся под одним

–

напряжением (рис. 4).

Для данной схемы

Рис. 4. Параллельное

; I

; I=I1+I2.

(10)

соединение резисторов

Используя уравнения (10), выведем соотношения для определения полного сопротивления всей цепи:

U	U	U	.	(11)

R R1		R2

Разделим обе части уравнения (11) на величину U:

(12)

Из уравнения (12)

R1 R2

(13)

R1 R2

1.3. Режимы работы источников питания

Рассмотрим неразветвленную цепь с

r04

r03

четырьмя источниками питания (рис. 5).

–

Источники ЭДС Е1, Е2, Е4 включены

согласно друг с другом. Источник ЭДС

Е3 по отношению к ним включен

встречно. Направление тока в такой

–

цепи

определяется

направлением

суммарной большей ЭДС, действующей

r01

r02

в данном контуре.

Допустим, что Е3<Е1+Е2+Е4,

тогда

Рис. 5. Схема неразветвленной

ток в

данной цепи

будет направлен

цепи с четырьмя

источниками питания

против часовой стрелки.

Источник, ЭДС которого имеет одинаковое направление с током (в данном случае Е1, Е2, Е4), работает в режиме генератора. Напряжение такого источника меньше ЭДС этого источника на величину падения

напряжения на внутреннем сопротивлении источника.
U E I r0 .	(14)

Источник, направление ЭДС которого противоположно току (в данном случае Е3), уменьшает ток в цепи и работает в режиме нагрузки, т.е. является потребителем электрической энергии. Напряжение такого источника

U E I r0 .

(15)

Таким образом, у источников в режиме генератора напряжение меньше ЭДС, а в режиме потребителя – больше ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника.

1.4. Баланс мощностей электрической цепи

Любой источник питания имеет определенный запас энергии, которая расходуется в приемниках электрической энергии. В элементах электрической цепи происходит преобразование одного вида энергии в другой. Скорость такого преобразования энергии определяет электрическую мощность Р.

P	A	I U t	I U ,	(16)

	t	t

где А – работа, или электрическая энергия в джоулях [Дж]; Р – мощность в ваттах [Вт]; t – время в секундах [с].

Практической единицей измерения электрической энергии является киловатт-час [кВт·ч], т.е. работа, совершаемая при неизменной мощности 1 кВт в течение одного часа.

Для источника ЭДС, направление которой совпадает с направлением

тока, мощность считается положительной.
P=E·I.	(17)
Если направления ЭДС и тока противоположны, то
P=–E·I.	(18)

Для приемников электрической энергии, в частности для резисторов, мощность можно определить через величину сопротивления, заменив по

закону Ома U=I·R:
P=U·I=I2·R,	(19)

где U – падение напряжения на сопротивлении R.

Влюбой электрической цепи должен соблюдаться энергетический баланс – баланс мощностей, т.е. алгебраическая сумма мощностей всех источников энергии должна быть равна алгебраической сумме мощностей всех приемников электрической энергии Pи Pп .

Вкачестве примера составим баланс мощностей для цепи на рис. 5:

E1 I E2 I E3 I E4 I				r	I2 r	I2 r	I2 r .	(20)
I2 R	I2 R	I2 R	I2
1	2	3		01	02	03	04

1.5. Потенциалы точек электрической цепи. Потенциальная диаграмма

В любом замкнутом контуре

r04

r03

можно

рассчитать

потенциалы

–

точек электрической цепи и по их

значениям

определить

напряжение на любом

участке

цепи.

Определим

потенциалы

–

точек,

обозначенных

рассматриваемой схеме (рис. 6).

В этой схеме, как было

r01

r02

сказано

выше, источники ЭДС

Рис. 6. Схема для расчета потенциалов

Е1+Е2+Е4

работают в режиме

отдельных точек цепи

генератора, а источник ЭДС Е3

работает в режиме нагрузки, ток

направлен

против

часовой

Для расчета потенциалов точек замкнутого контура электрической цепи выбирается исходная точка, от которой начинается расчет. Потенциал этой точки принимается равным нулю (условно ее соединяют с массой). В данной схеме за исходную взята точка О (см. рис. 6).

Таким образом, φО=0. Относительно этой точки в направлении протекания тока рассчитываются потенциалы всех точек контура.

Если на участке между двумя точками включен источник питания, работающий в режиме генератора, то потенциал последующей точки будет больше потенциала предыдущей на величину напряжения этого источника.

А О (E I r01 ).

(21)

Если на участке между двумя точками включен приемник электрической энергии, то потенциал последующей точки будет меньше потенциала предыдущей на величину падения напряжения на этом участке.

Б А I R1.	(22)
Запишем уравнения для потенциалов остальных точек цепи:
В Б (E2 I r02 );	(23)
Г В IR2 ;	(24)
Д Г (E3 I r03 );	(25)
Ж Д I R3 ;	(26)
З Ж (E4 I r04 ).	(27)

Так как на участке между точками З и О нет ни источников, ни приемников электрической энергии, то З О 0.

10
10
8
8
6


4


2		А		Б В		Г	Д		Ж З R
2
0

	r01				r02	R2	r03			r04
		R	1					R3
–2

–4

–6

–8

–10

–12

–14

Рис. 7. Потенциальная диаграмма

Источник: https://studfile.net/preview/16407881/

Смотрите также:

!Контрольная работа (задание)
!Фармакология препаратов для терапии заболеваний дыхательных путей
'Свадьба'. Керамика
«Предмет, метод предпринимательского права и принципы предпринимательского права» (Понятие предмета и метода российского предпринимательского права)
«Українська література в першій половині ХХ століття»
0303_Болкунов_ВО_ЛР1
07_Balzak_dlya_el_versii
1
1 анализ организации работ в цехе то2 9 1 Характеристика локомотивного депо Хабаровск ii 9
1 Верно Баллов 1,00 из 1,00 Отметить вопрос Текст вопроса Уточнение правильности выполнения деталей техники, исправление ошибок является целью этапа Выберите