Описание электрической цепи заряд, ток, напряжение, мощность, энергия Электрическим зарядом
 Скачать 2.86 Mb.
|
|
Первый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма сходящихся в узле токов равна нулю. Втекающие в узел токи записываются со знаком плюс, а вытекающие – минус. Второй закон Кирхгофа: алгебраическая сумма напряжений на элементах замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС источников напряжения, включенных в контур. Направление обхода контура выбирается по часовой стрелке, совпадающие с ним по направлению напряжения и ЭДС записываются со знаком плюс, а несовпадающие – минус. 2.2. Расчет цепи на основе закона Ома Этот метод применим для расчета сравнительно простых цепей с одним источником сигнала. Он предполагает вычисление сопротивлений участков цепи, для которых известна величина тока (или напряжения), с последующим определением неизвестного напряжения (или тока). Все вычисления целесообразно проводить в международной системе единиц СИ. Рассмотрим резистивный делитель напряжения, схема которого показана на рис. 2.1а при ЭДС  В,  Ом,  Ом. Рис. 2.1 Сопротивления и соединены последовательно, и их общее сопротивление равно  Ом. По закону Ома для общего тока получим  А,тогда напряжения на элементах равны  В, В.Как видно, напряжение источника делится в соотношении 1/3 и 2/3. Коэффициент деления можно записать в виде  .Резистивные делитель напряжения используются при реализации вольтметров. Аналогично рассмотрим резистивный делитель тока, схема которого показана на рис. 2.1б при токе источника А, Ом,  Ом. При параллельном соединении сопротивлений общая проводимость равна сумме проводимостей ветвей,  Сим,а общее сопротивление соответственно равно  Ом(эту формулу полезно запомнить). Общее напряжение на источнике тока равно  В,тогда токи ветвей равны  А, А.Как видно, ток источника делится в соотношении 2/3 и 1/3, коэффициент деления равен  .Резистивный делитель тока используется при реализации амперметров. Рассмотрим пример расчета цепи со смешанным соединением элементов, схема которой приведена на рис. 2.2, при токе идеального источника А и сопротивлениях  Ом,  Ом,  Ом. Необходимо определить токи ветвей и , а также напряжения на сопротивлениях , и . Вычислим общее сопротивление цепи  относительно зажимов источника тока (параллельного соединения сопротивления и последовательно соединенных сопротивлений и ), Ом. Рис. 2.2 Напряжение на источнике тока (и на сопротивлении ) равно  В.Найдем токи ветвей  А,  А.Полученные результаты можно проверить с помощью первого закона Кирхгофа в виде  . Подставляя вычисленные значения, получим  А, что совпадает с величиной тока источника. Зная токи ветвей, нетрудно найти напряжения на сопротивлениях (величина уже найдена) В,  В.По второму закону Кирхгофа  . Складывая полученные результаты, убеждаемся в его выполнении.2.3. Мощность в цепи постоянного тока Источник электрической энергии создает в цепи токи и напряжения, за счет которых в резистивных элементах потребляется мощность, преобразуемая ими в тепло. Если через сопротивление протекает постоянный ток и на нем создается напряжение , то потребляемая этим сопротивлением мощность с учетом (3.1) равна  . (3.2)Мощность измеряется в ваттах (Вт). Например, в цепи на рис 2.2 потребляемые сопротивлениями,и мощности соответственно равны  Вт,  Вт,  Вт.Общая мощность, потребляемая тремя сопротивлениями, равна  Вт.Определим мощность , отдаваемую источником тока в цепь,  Вт,которая, как видно, совпадает с общей потребляемой мощностью. Полученный результат является примером выполнения условия баланса мощностей: сумма мощностей, потребляемых в резистивных элементах цепи, равна сумме мощностей, отдаваемых в цепь всеми источниками. 2.4. Задания для самостоятельного решения |