Описание электрической цепи заряд, ток, напряжение, мощность, энергия Электрическим зарядом
 Скачать 2.86 Mb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Радиотехника – отрасль науки и техники, связанная с использованием электромагнитных процессов в задачах связи и управления. Она разделяется на большое число направлений: радиосвязь, радиолокацию, радионавигацию, радиоуправление, радиоэлектронную борьбу (РЭБ) и т.д. Дисциплина «Введение в схемотехнику электрических цепей» является подготовительной для изучения теории радиотехнических цепей и устройств. Пособие содержит необходимый теоретический материал и лабораторные задания. Рассматриваются способы описания цепей, простые методы расчета цепей и измерения токов, напряжений и параметров элементов, осциллографические измерения, возможности схемотехнического моделирования. При освоении материала необходимо овладеть основами расчета [1, 2] и техники измерений токов и напряжений в простых цепях. Современная вычислительная техника предоставляет широкие возможности по расчету [3] и моделированию [4] электрических цепей. Необходимо освоить основы применения вычислительной техники для решения радиотехнических задач. Изучение теории электрических цепей базируется на курсах высшей математики и раздела «Электричество и магнетизм» курса физики. ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ Заряд, ток, напряжение, мощность, энергия Электрическим зарядом называют источник электрического поля, через которое заряды взаимодействуют друг с другом. Электрические заряды могут быть положительными (ионы) и отрицательными (электроны и ионы). Заряд измеряется в кулонах (К). Электрический ток – это направленное движение носителей заряда в твердом теле (проводнике, полупроводнике), среде ионизированного газа (лампы дневного света, газоразрядные электронные приборы) и вакууме (электронно-лучевые трубки). Величина тока  равна отношению бесконечно малого заряда, переносимого в данный момент времени через поперечное сечение проводника за бесконечно малый интервал времени к величине этого интервала, . (1.1)Функцию времени называют мгновенным значением тока. Ток измеряется в амперах (А), широко используются значения в миллиамперах (1 мА=10-3 А), микроамперах (1 мкА=10-6 А) и наноамперах (1 нА=10-9 А), значения дольных приставок приведены в приложении 1.Электрический потенциал в заданной точке – величина, равная отношению потенциальной энергии электрического поля, которой обладает заряд в этой точке, к величине заряда,  . (1.2)Потенциальная энергия равна энергии, затрачиваемой на перенос заряда из точки с потенциалом в точку с нулевым потенциалом. Электрическим напряжением между двумя точками называют разность потенциалов между ними. Если  - потенциал точки 2, а - точки 1, то напряжение между точками 2 и 1 равно . (1.3)Напряжение измеряется в вольтах (В), используются значения в киловольтах (кВ), милливольтах (мВ) и микровольтах (мкВ). Ток и напряжение характеризуются положительным направлением, которое указывается стрелкой, как показано на рис. 1.1.  Рис. 1.1 Они задаются произвольно до начала расчетов. Желательно, чтобы ток и напряжение для одного элемента цепи были бы направлены одинаково. Обозначения могут иметь индексы, например, напряжение  между точками 1 и 2 на рис. 1.1. Значения тока и напряжения характеризуются знаком. Если они положительны, то истинное положительное направление совпадает с заданным, а иначе оно противоположно. Движение зарядов в электрической цепи характеризуется энергией и мощностью. Для перемещения бесконечно малого заряда между точками 1 и 2 с напряжением  в цепи на рис. 1.1 необходимо затратить бесконечно малую энергию  , равную , (1.4)тогда энергия на интервале времени от до равна  . (1.5)Для постоянных тока и напряжения  энергия равна  и растет с течением времени до бесконечности. Это относится и к общему выражению (1.5), что делает энергию неудобной характеристикой цепи на неограниченном временном интервале.Этого недостатка лишена мощность электрических процессов в цепи. Мгновенная мощность  в электрической цепи в момент времени равна . (1.6)а для постоянного тока мощность не зависит от времени,  . (1.7)В общем случае мгновенная мощность  зависит от времени и может быть положительной (цепь потребляет энергию извне) и отрицательной (цепь отдает ранее накопленную энергию). |