1. Основные понятия электрических цепей

Электрической цепью называется совокупность электротехнических устройств, образующих путь для прохождения электрического тока. К электротехническим устройствам относятся:

 источники электромагнитной энергии (генераторы) или источники электрических сигналов (гальванические элементы, аккумуляторы);

 приемники или потребители;

 устройства передачи и преобразования электрической энергии (кабели, провода и трансформаторы).

Источники электрической энергии относятся к группе активных элементов электротехнических устройств. Если R₀ = 0 и Е = const, то источник называется идеальным. Внутреннее сопротивление источника тока R_вн во много раз больше сопротивления нагрузки. Аккумуляторная батарея по своим параметрам близка к идеальному источнику ЭДС.

К группе пассивных элементов относятся: активное сопротивление R, индуктивность L и емкость С.

Условные обозначения источников электрической энергии и элементов электрических цепей приведены ниже:

В электротехнических устройствах одновременно протекают три энергетических процесса:

1. В активном сопротивлении в соответствии с законом Джоуля – Ленца происходит преобразование электрической энергии в тепло (P, I – мощность и ток в цепи постоянного тока) или  =  u²g (р, i, u – мгновенные значения активной мощности, тока и напряжения в цепи переменного тока, g – активная проводимость или величина, обратная сопротивлению). Напряжение на сопротивлении u = iR. Мощность активного сопротивления всегда положительна.

Величина R любого приемника, строго говоря, не остается постоянной при протекании по нему тока, так как сопротивление зависит от температуры,

.

Для практических расчетов в электрических цепях величину R можно принимать постоянной. В этом случае зависимость напряжения на сопротивлении R от силы тока (вольт-амперная характеристика) будет называться линейной. Электрические цепи, в которые включены постоянные по величине сопротивления, также будут линейными.

2. В магнитном поле катушки накопление энергии происходит по закону

, ,

где _к – потокосцепление; L_к – индуктивность или коэффициент пропорциональности между током и потокосцеплением; i_к – ток через катушку.

Потокосцеплением самоиндукции  цепи называется сумма произведений магнитных потоков, обусловленных только током в этой цепи, на число витков, с которыми они сцеплены.

Если все витки пронизываются одним и тем же магнитным потоком, то потокосцепление равно произведению магнитного потока на число витков .

В СИ потокосцепление измеряется в веберах, индуктивность в генри.

Зависимость потокосцепления от тока может быть постоянной (линейная зависимость) или нелинейной.

При изменении тока изменяется потокосцепление и в катушке наводится ЭДС

.

Знак (–) показывает, что ЭДС противодействует изменению тока в цепи.

Напряжение и мощность индуктивности равны:

.

Мощность может быть как положительной (при намагничивании), так и отрицательной (при размагничивании).

3. Накопление энергии в электрическом поле конденсатора

, ,

где q_к – заряд; U_к – напряжение; С_к – емкость конденсатора.

Емкость – отношение электрического заряда к разности потенциалов между электродами, измеряется в фарадах.

Если изменяется напряжение источника в цепи конденсатора, то происходит перераспределение зарядов на его пластинах, что приводит к возникновению тока в цепи:

.

Мощность конденсатора положительна при его заряде и отрицательна при разряде конденсатора.

Мгновенные значения напряжения и тока характеризуют режим работы устройства.