Повний і перехідний електричний ланцюг

Електричний ланцюг утворюють кілька основних елементів. В їх число входять:

  • джерела електричного струму;
  • споживачі електроенергії;
  • дроти, що сполучають всі елементи ланцюга.

Електричний ланцюг в процесі вивчення зображують у вигляді схеми. У ній позначаються всі елементи ланцюга за допомогою спеціальних знаків і символів. Таке графічне зображення спрощує роботу професіоналів і дає уявлення про те чи іншому вигляді електричного кола.

Закон Ома для повної електричного кола

Для повної електричного кола використовується закон Ома. Він говорить, що напрямок струму в ланцюзі є напрямок до негативного джерела струму від позитивного його полюса. Це поняття було на експериментальному рівні підтверджено ще два століття тому і правило діє в незмінному вигляді і в наші дні. Однак пересування реальних зарядів не завжди збігається з певним напрямом струму. В металевих провідниках носіями стають негативно заряджені електрони. Вони рухаються в протилежному напрямку – від негативного полюса до позитивного. В електролітах реальне переміщення зарядів збігається, а в деяких випадках робить протилежне рух щодо напрямку струму. Це залежить від того, негативними або позитивними іонами є носії заряду.

Елементи електричного кола можуть включатися в систему двома способами:

  • послідовно;
  • паралельно.

Закон Ома для повного кола може встановити зв’язок між:

  • силою струму в ланцюзі;
  • електрорушійної силою;
  • Рекомендований діапазон опору ланцюга.

Опір складається з внутрішнього (r) і зовнішнього опору джерела струму (R).

Згідно із законом Джоуля-Ленца тепло, яке виділяється при здійсненні роботи в електричному ланцюзі, дорівнюватиме Q. Отримуємо формулу такого вигляду:

Q = I2 Rt + I2 rt

Потім застосовуємо закон збереження енергії, в тому числі прирівнюємо вже виведені формули між собою.

Звідси випливає, що сила струму в повній ланцюга дорівнюватиме відношенню електрорушійної сили ланцюга до її повного опору.

При наявності декількох джерел ланцюга, з’єднаних послідовним чином з електрорушійної силою (ЕРС), повна електрорушійна сила дорівнює сумі ЕРС певних джерел. Знак електрорушійної сили джерела вибирається, виходячи з відношення напрямку обходу контуру. Він визначається довільним способом.

Всередині джерела ланцюга сторонні сили здійснюють позитивну роботу.

Згідно із законом Ома, розрахованого для повної електричного кола, сила струму має позитивне значення для позитивної електрорушійної сили. Тобто напрямок струму в зовнішньому ланцюзі повністю збігається з напрямком обходу контуру.

Опір ланцюга, де є кілька джерел, буде дорівнювати сумі внутрішнього і зовнішнього опорів всіх джерел електрорушійної сили.

Rn = R + r1 + r2 + r3

Сталий режим електричного кола

Різні перехідні процеси можна спостерігати не тільки в електричному ланцюзі. Подібні фізичні явища зустрічаються повсюдно.

Виділяють сталий і перехідний процес для електричного кола. Ці режими роботи можна побачити при аналізі процесів в ланцюгах.

Сталий режим електричного кола можна спостерігати при підключенні до джерела постійної напруги. В цей час напруга і струми в окремих гілках ланцюга не змінюються з плином часу.

Якщо в електричному ланцюзі, яка підключена до джерела змінного струму, встановлюється режим з періодичним повторенням миттєвих значень струмів і напруг в гілках, то прийнято говорити про усталеному режимі. При теоретичному продовженні процесів необмежено довгий час параметри чинного сигналу у вигляді напруги або струму, структура ланцюга, а також параметри її елементів не змінюються.

Токи і напруги при сталому режимі залежать від типу зовнішнього впливу і параметрів електричного кола.

Перехідні процеси в електричному ланцюзі

Перехідний режим або процес – це режим, який виникає в електричному ланцюзі в момент переходу з певного стаціонарного стану в інший. Воно повинно за якісними характеристиками відрізнятися від попереднього стану, при цьому виникають перехідні струми і напруги. Вони супроводжують весь процес.

Така зміна стаціонарного режиму досягається при наявності зовнішніх сигналів у вигляді включення і відключення джерел зовнішнього впливу або перемикання всередині ланцюга.

Комутація – будь-яка зміна в електричному ланцюзі, яке призводить до виникнення перехідного процесу. Це дії відбувається миттєво, тобто без великої затрати часу.

Виникнення перехідних процесів пов’язано з особливостями зміни запасів енергії в реактивних елементах ланцюга. Перехід до нового стаціонарного режиму пов’язують з наростанням або спадання енергії. Він супроводжується виникненням перехідного процесу, який закінчується в момент зміни запасу енергії.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Кипіння — фізика