Внутрішній і зовнішній електричний ланцюг

Електричним колом у фізиці вважається певний комплекс різного роду елементів, з’єднаних між собою провідниками, основним призначенням якого є протікання струму.

Асортимент елементів електричного кола досить широкий. Так, вони бувають:

  • лінійними;
  • нелінійними;
  • пасивними;
  • активного типів.

Елементи електричного кола

Кожна електричний ланцюг буде включати в себе різнопланові об’єкти і пристрої, що формують спеціальні шляху для проходження електроструму. З метою детального опису електромагнітних процесів, що здійснюються в кожному з них, на практиці застосовують такі поняття, як:

  • електрорушійна сила (представляє скалярну величину, що характеризує роботу будь-яких сил неелектричних походження, що функціонують в квазістаціонарних ланцюгах струму змінного або постійного типу);
  • напруга (вважається фізичною величиною, рівнозначної відношенню роботи електричного поля, яка буде витрачатися на перенесення електрозарядів з однієї точки в іншу (тобто між полюсами) до зазначеного заряду);
  • ток (характеризується спрямованим потоком заряджених частинок).

Згідно умовного розподілу, всі елементи електричного кола поділяються на три складові частини. Першу представляють джерела живлення, що виробляють електроенергію. Друга характеризується елементами, що перетворюють електрику в інші види енергії, більше відомі у вигляді приймачів. Третя частина становлять передавальні пристрої – проводи та інші установки, що відповідають за забезпечення відповідної якості і рівня напруги.

Внутрішні і зовнішні частини електричного кола

Складовими найпростішого електричного кола є: джерело, один або кілька приймачів електроенергії з послідовним з’єднанням і з’єднувальні дроти.

Джерело живлення контролює утворення внутрішньої частини ланцюга, а споживач, в той же час, формує її зовнішню частину (в сукупності з вимірювальними приладами, коммутирующими апаратами і сполучними проводами).

Зовнішній ділянку (іншими словами, зовнішня ланцюг) буде складатися з одного або декількох приймачів електроенергії, а також із з’єднувальних проводів і різних допоміжних пристроїв, включених в таку ланцюг. Поряд з тим, внутрішній ділянку (називається також внутрішня ланцюг) – це і є сам джерело.

При складанні розрахункових схем елементи електричного кола, що володіють деяким опором, (електролампи, наприклад, або електронагрівальні прилади) зображуються схематично в форматі зосереджених в певному місці схеми резисторів з опором. Те ж стосується і елементів з індуктивністю (обмотки генераторів, трансформаторів і електродвигунів) і ємністю (трансформатори).

На розрахункових схемах їх зображення буде зосереджено у відповідних місцях конденсаторів і котушок індуктивності. Джерелами електроенергії в схемі електричного кола часто виступають ідеалізовані джерела з внутрішнім опором Ro = 0. З метою врахування внутрішнього опору реального джерела, в схему вводиться зображення резистора з опором Ro або ставиться позначення Ro поруч з умовним позначенням джерела.

Допоміжних елементів електроланок у вигляді включають і вимикають апаратів, захисних пристроїв, деяких приладів часто властиво малий опір, при цьому вони практично не впливають на значення напруг і струмів. З цієї причини вони до уваги не приймаються і не вказуються на схемах.

У момент утворення замкнутого контуру у внутрішній і зовнішній частині кола, в ній фіксують виникнення електричного струму. Силу струму, таким чином, визначає кількість електрики (заряду), що проходить за одиницю часу через поперечний переріз провідника.

Проходження в ланцюзі електричного струму взаємопов’язане з процесами перетворення енергії в кожному її елементі, які відбуваються в безперервному режимі. В рамках процесу перетворення інших видів енергії в електричну ми спостерігаємо збудження в джерелі живлення електрорушійної сили (ЕРС).

Зовнішня ланцюг, так само як і сам джерело енергії, мають певний опір для проходження електричного струму. Фізичну природу опору Ома R представляє – тепловий рух атомів і молекул тіла (властивість надпровідності).

Основні закони для електричних ланцюгів

При аналізі ланцюгів складного і простого типу широко застосовуються закони Кірхгофа, Ома, Джоуля Ленца, Фарадея, Ампера. Закони Ома існують в двох варіаціях: для ділянки ланцюга і повного кола. Струм в ділянці ланцюга буде прямо пропорційним напрузі на такій ділянці і обернено пропорційним опору на ньому, тобто:

U = IR

При творі струму ділянки кола на величину опору виникає падіння на даній ділянці. Струм в електроланцюзі буде прямо пропорційний ЕРС джерела і обернено пропорційним сумі опорів, що складається з внутрішнього і зовнішнього типу опору джерела живлення

Закон Джоуля-Ленца дозволяє визначати кількість теплової енергії, яке буде виділятися на опір при протіканні по ньому електричного струму.

Законом електромагнітної індукції Фарадея встановлюється зв’язок між:

  • індуктовані ЕРС в електроланцюгах і зміною магнітного потоку, що пронизує обмежену контуром ланцюга поверхню;
  • індуктовані ЕРС в провіднику в форматі перетину ним магнітного поля.

Відповідно до вищезазначеного закону, ЕРС, яка індукується в ланцюзі при зміні магнітного потоку Ф, що проходить через обмежену контуром поверхню, рівнозначна швидкості зміни магнітного потоку, яка береться з негативним знаком, тобто формула виглядає так:

Під еквівалентними перетвореннями розуміється заміна ділянок електричного кола, що містить послідовно і паралельно з’єднані кілька елементів за допомогою одного елемента. При цьому наслідком такої заміни стає незмінність загального струму і напруги ланцюга.

В якості основної особливості послідовного з’єднання виступає наявність загального струму, рівного за значенням для всіх елементів (включаючи також і послідовні). Це, в свою чергу, сприяє прямій пропорційності напруги опору ділянки кола на кожному з включених послідовно елементів.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Закон Ампера: визначення