Электрическая цепь: Электрические цепи

Содержание

Электрическая цепь и ее составные части – примеры по физике

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 437.

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 437.

Электрической цепью называют набор устройств, предназначенных для прохождения по ним электрического тока. Назначение электроцепи — транспортировка электроэнергии потребителю для ее последующего преобразования в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую или электрохимическую. Из каких элементов состоят электрические цепи и как обозначаются на графических схемах – об этом рассказывается в данной статье.

Составные части

Любая электрическая цепь имеет следующие базовые элементы: источник тока, потребители тока, соединительные провода. Потребители тока могут состоять из более мелких элементов второго уровня, каждый из которых имеет свое наименование, функцию и параметры.

Для удобства электрические цепи изображают в виде графических схем, в которых используются общепринятые условные символы различных элементов. Обозначения элементов электрических цепей имеют интернациональный характер, классифицированы и систематизированы.

Рис. 1. Обозначения базовых элементов электрических схем:.

Разновидности цепей

Различают цепи для постоянного и переменного токов. Постоянный ток не меняет своего направления. Пример сети постоянного тока — электрические цепи автомобилей. Переменный ток меняет свое направление с определенной частотой. График зависимости переменного тока от времени в нашей сети имеет синусоидальный вид. Полярность изменяется 50 раз в секунду, что соответствует частоте 50 Гц. Под внутренней частью цепи подразумевают источники электропитания. Под внешней — провода, переключатели, бытовые и измерительные приборы.

Элементы цепи

Все электрические цепи служат для производства, передачи и потребления электрической энергии. Элементы цепей подразделяются на пассивные и активные. К пассивным относятся потребляющие и передающие электроэнергию: лампочки, нагревательные элементы, электродвигатели и т. п. К активным —- источники, генерирующие электроэнергию: аккумуляторы, генераторы, солнечные батареи, термодатчики. Кроме этого элементы делятся на двухполюсные (два вывода) и многополюсные ( три и более выводов).

Пример двухполюсника — резистор. Пример трехполюсника — транзистор.

Примеры составных частей электрической цепи:

Источник. Обычно это аккумулятор, гальванический элемент или генератор. Реже, но бывают солнечные батареи или ветрогенераторы;
Проводник. Необходимый элемент для транспортировки электроэнергии от источника к потребителю;
Потребитель. Осветительные и нагревательные приборы, двигатели, бытовая техника, компьютеры;
Переключающие (коммутирующие) устройства. В простейшем варианте — выключатель.

Электрический ток течет только по замкнутой цепи. Если цепь разомкнуть, то движение электронов прекратится.

Потребители электроэнергии

Перечислим основных потребителей:

Резисторы — потребители, которые могут иметь как постоянное, так и переменное сопротивление;
Конденсаторы — потребители, имеющие емкостные свойства;
Индуктивности — потребители, создающие магнитное поле;
Электродвигатель — потребитель, преобразующий электрическую энергию в механическую.

Рис. 2. Резисторы, конденсаторы, индуктивности, электродвигатель:.

Контур, узел, ветвь

Для описания и анализа схем используются следующие термины:

Ветвь — участок с одним или несколькими компонентами соединенными последовательно;
Узел — место соединения двух и более ветвей;
Контур — совокупность ветвей, образующих для тока замкнутый контур. Один из узлов в контуре должен быть и началом и концом пути. Остальные узлы должны встречаться не более одного раза.

Очень полезным элементом электрической цепи является предохранитель. Он предотвращает перегорание элементов цепи в случае перегрева. Предохранитель содержит легкоплавкий проводник, который перегорает в случае превышения допустимых параметров. Поменять предохранитель легче, чем найти сгоревший элемент среди сотен подобных элементов.

Рис. 3. Примеры участков схем: ветвь, узел, контур:.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что такое электрическая цепь и ее составные части. Все электрические цепи состоят из источников, проводников, потребителей и переключающих устройств.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Максим Вдовенко
4/5
Ирина Чулкова
5/5
Fluffox Furry
5/5

Оценка доклада

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 437.

А какая ваша оценка?

Основы электротехники 2 — Электрическая цепь

Этим постом мы продолжаем серию публикаций, посвященных основам электротехники. В нём мы поговорим о понятии электрической цепи. Сначала, что это такое. Электрические цепи бывают разными, не очень понятно в какой же момент совокупность отдельных предметов становится электрической цепью. Строгое определение электрической цепи довольно парадоксальное, – это всё то, что можно описать через токи, напряжение и сопротивление, то есть опять приходим к закону Ома.

Для удобства все элементы цепи разделяют на:

источники,
потребителей,
проводники,
ключи.

Источники – это значит в них какая-то энергия преобразуется в электрическую.

Потребители – в них наоборот электрическая энергия преобразуется во что-то ещё (опять же не важно, во что).

Проводники – передают энергию от первых ко вторым.

Ключи – управляют этим процессом, открывая или закрывая путь потоку энергии.

На схемах проводники обозначают просто линиями, всё остальное имеет своё обозначение. Вот здесь кроется первая проблема перехода от реальности к схеме. Даже вот эту простейшую установку можно представить несколькими схемами. Например, учесть только основные эффекты и получить простую, но не до конца точную схему или учесть сопротивление проводов и источника, у которых оно тоже есть. Повысить тогда при этом точность на пару процентов, но зато запутать схему.

Выбор здесь только за проектировщиком, но какая-то степень детализации останется всегда. Например, чтобы все наши дальнейшие рассуждения не скатывались в бесконечные отговорки, мы примем, что параметры всех элементов схемы, во-первых, неизменны, во-вторых, сосредоточены. То есть все элементы мы считаем бесконечно маленькими. На практике эти допущения, как правило, даже незаметны, они вносят слишком малую погрешность, зато позволяют гораздо проще работать со схемами. Например, легко посчитать какая мощность выделится у нас на потребителя.

Как мы говорили раньше, напряжение – это работа по переносу заряда, и равна эта работа произведению заряда на напряжение. Вспомним также ток – заряд в единицу времени. Несложные преобразования, и мы выразили работу через ток, напряжение и время. Мощность – это работа в единицу времени, значит мощность – это произведение тока на напряжение.

То, что у нас получилось, называется закон Джоуля-Ленца. Вместе с законом Ома он позволяет узнать о цепи постоянного тока практически всё. Главное, правильно подставить известные величины. При всей своей простоте это один из самых применяемых законов в электротехнике.

Вот на самом деле простой пример. Вы сели позавтракать, поставили греться чайник, завтракаете толстом. С утра у свежо, вы включили обогреватель. Вопрос – выбьет у вас в квартире автомат или нет. Вспоминаем законы Ома и Джоуля-Ленца.

Путем нехитрых вычислений находим, что ток составит примерно 24 Ампера. Идём теперь к выходному щётку и видим максимальный ток автомата на 16 Ампер. А если у вас старый щиток и стоят в пробки, то и вообще 6 с небольшим. Увы, завтрак не удался.

До сих пор мы говорили о потребителях, но тоже самое справедливо и для источников, с той лишь разницей, что у источника есть электродвижущая сила (ЭДС). Вспомним, как заряд движется по цепи. Он выходит из одного полюса источника и уходит в другой. Но, чтобы он там двигался, как мы помним из предыдущей публикации, нужна разность потенциалов. Вот эту самую разность и создает электродвижущая сила.

На схеме ЭДС обозначается стрелкой, она как бы подгоняет электроны в нужном направлении. Источники бывают разные, но с точки зрения электрической цепи их функция одна и та же – создать разность потенциалов, которая в свою очередь заставит электроны двигаться по цепи. Также насос поднимает воду, создавая разность давлений (вспоминаем гидродинамическую аналогию). Измеряется ЭДС в Вольтах, поскольку характеризует способность источника приводить в движение заряд.

Однако, любой реальный источник состоит из вещества, а вещество имеет некоторое электрическое сопротивление. Поэтому, как только через источник потечет ток, то есть, когда мы подключим его к внешней цепи, то увидим, что у него есть некоторое своё сопротивление. Оно называется внутренним сопротивлением источника.

Из-за этого при протекании тока напряжение, измеренное на зажимах источника всегда будет меньше, чем ЭДС, согласно закону Ома, как раз на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении. Чем больше ток, тем больше будет эта разница.

Теперь легко ввести две очень важных с практической точки зрения характеристики источника.

напряжение холостого хода,
ток короткого замыкания.

Напряжение холостого хода – это, по сути, есть ЭДС, то есть разность потенциалов, создаваемая источником.

Ток короткого замыкания – ток через внутреннее сопротивление при отсутствии внешнего.

Здесь можно заметить, что режим источника определяется величиной внешнего сопротивления. Если оно, это сопротивление, равно нулю, тогда получаем короткое замыкание. Если бесконечно, то холостой ход.

Интересно посмотреть, что происходит вблизи этих значений, то есть при очень маленьких, но ненулевых нагрузках и наоборот больших, но не бесконечных. Начнем с больших сопротивлений, то есть много больших внутреннего сопротивления источника. Напряжения на нагрузке выразим через ток, а ток через ЭДС и внутреннее сопротивление. Подставим одно в другое и получим выражение для напряжения на зажимах источника. Но, если внутреннее сопротивление у нас маленькое, то мы можем им просто пренебречь и вообще не учитывать. Тогда получится, что напряжение на выходе источника не зависит от нагрузки и равно напряжению холостого хода. Такие источники называют источниками напряжения.

Если же сопротивление нагрузки у нас наоборот много меньше внутреннего, то стоит обратить внимание на выражение для тока. Пренебрежем очень маленьким по сравнению с очень большим и увидим, что в этом случае ток через источник от нагрузки не зависит и равен току короткого замыкания. Такие источники называют источниками тока.

Реальные источники находятся где-то в промежуточном положении между этими двумя крайностями в зависимости от нагрузки на них.

На этом мы завершаем рассказ об элементах цепи постоянного тока. В следующей публикации мы уже начнем решать практические задачи. Научимся рассчитывать режимы работы цепей разными способами.

Ссылка на предыдущий пост данной серии:

Основы электротехники, введение

автоматический выключатель

| электрическое устройство

Развлечения и поп-культура
География и путешествия
Здоровье и медицина
Образ жизни и социальные вопросы
Литература
Философия и религия
Политика, право и правительство
Наука
Спорт и отдых
Технология
Изобразительное искусство
Всемирная история

Этот день в истории
Викторины
Подкасты
Словарь
Биографии
Резюме
Популярные вопросы
Обзор недели
Инфографика
Демистификация
Списки
#WTFact
Товарищи
Галереи изображений
Прожектор
Форум
Один хороший факт

Развлечения и поп-культура
География и путешествия
Здоровье и медицина
Образ жизни и социальные вопросы
Литература
Философия и религия
Политика, право и правительство
Наука
Спорт и отдых
Технология
Изобразительное искусство
Всемирная история

Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
#WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.

Студенческий портал
Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
Britannica Beyond
Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Просить. Мы не будем возражать.
Спасение Земли
Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
SpaceNext50
Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

Что такое электрическая цепь? Типы цепей и сетей

Содержание

Что такое электрическая цепь?

Электрическая цепь представляет собой сеть с замкнутым контуром, которая обеспечивает обратный путь для протекания тока. Или замкнутый проводящий путь, по которому может течь ток, называется цепью. Электрическая цепь также известна как электрическая сеть или электрическая цепь .

Электрическая цепь представляет собой комбинацию различных активных и пассивных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы и т. д., которые образуют электрическую сеть. В замкнутой цепи электрический ток течет от источника (например, батареи) в проводящем материале (например, проводах и кабелях) к нагрузке (например, лампочке) и, следовательно, возвращается обратно к источнику.

Что такое электронные схемы?

Электронная цепь — это тип электрической цепи, состоящей из множества электронных компонентов, таких как диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы и т. д., где в цепи должен присутствовать хотя бы один активный компонент, что еще больше отличает ее от электрической цепи. Таким образом, он называется электронной схемой, а не электрической схемой.

Что такое электрическая сеть?

Совокупность различных электрических элементов и компонентов, соединенных любым способом (простой или сложной конфигурации), называется электрической сетью. Это тот же термин, который используется для электрической цепи, но чаще всего ассоциируется со сложными сетями, которые решаются с помощью сетевых теорем.

Сложные сети

Цепь, которая содержит множество электрических элементов, таких как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, источники тока и напряжения (как переменного, так и постоянного тока), где все компоненты и элементы цепи имеют сложную конфигурацию, называется сложной сетью. Такие сети не могут быть легко решены с помощью простого закона Ома или законов Кирхгофа. Если да, то количество уравнений будет заметно больше.

Самый простой способ решить и проанализировать сложную сеть — это использовать специальные методы, такие как сетевые теоремы, т. е. теорема Нортона, теорема Тевенина, теорема о суперпозиции, преобразование звезда-дельта, анализ цепей суперузлов и суперсеток и т. д.

Типы электрических цепей

Существует много типов электрических цепей , например:

Разомкнутая цепь
Замкнутая цепь
Короткое замыкание

Цепь серии

Параллельная цепь
Последовательно-параллельная схема
Цепь звезда-треугольник
Цепь переменного тока
Цепь постоянного тока
Однофазная цепь
Трехфазная цепь
Резистивная цепь
Индуктивная цепь
Емкостная цепь
Резистивная, индуктивная (цепь RL)
Резистивная, емкостная (цепь RC)
Емкостный, индуктивный (LC-цепи)
Резистивная, индуктивная, емкостная (цепь RLC)
Линейная цепь
Нелинейная цепь
Односторонние цепи
Двусторонние цепи
Активная цепь
Пассивная цепь

Мы кратко обсудим один за другим следующим образом.

Разомкнутая цепь

Цепь, в которой нет обратного пути для протекания тока (т. е. незамкнутая), называется разомкнутой цепью. Другими словами, цепь, в которой напряжение стремится к ЭДС ( генерации источника) и ток не течет вообще, называется разомкнутой цепью.

Пример разомкнутой цепи: Цепь с разомкнутым выключателем или перегоревшим предохранителем, в которой лампочка подключена к аккумулятору. Таким образом, лампочка не будет светиться, поскольку цепь не замкнута, т. Е. Это разомкнутая цепь, и в ней нет тока.

Замкнутая цепь

Цепь, имеющая обратный путь для протекания тока (т. е. замкнутая цепь), называется замкнутой цепью.

Пример короткого замыкания: Цепь с замкнутым выключателем, в которой лампочка подключена к аккумулятору. Таким образом, лампочка светится, поскольку ток течет по нити накала лампочки из-за замкнутой цепи.

Короткое замыкание

Цепь, имеющая обратный путь для протекания тока, где значение сопротивления равно нулю. (т. е. завершенная или замкнутая цепь без подключенной нагрузки) называется коротким замыканием. Другими словами, схема, в которой напряжение стремится к нулю, а ток стремится к бесконечности называется коротким замыканием.

Пример короткого замыкания: Цепь с замыкающим выключателем без нагрузки, подключенной к напряжению питания. Другими словами, когда фазный или линейный провод касается нейтрального провода без нагрузки между ними. В этом случае перегорает предохранитель или срабатывает автоматический выключатель. При отсутствии надлежащей защиты короткое замыкание может повредить прибор или стать причиной очень серьезной травмы.

Связанный пост: Токи короткого замыкания и симметричные составляющие

Последовательная цепь

В этой цепи все электрические элементы (источники напряжения или тока, катушки индуктивности, конденсаторы, резисторы и т. д.) соединены последовательно, т. е. существует только один путь для прохождения электричества, например, это одноветвевые цепи.

Параллельная цепь

В этой цепи все электрические элементы (источники напряжения и тока, катушки индуктивности, конденсаторы, резисторы и т. д.) соединены параллельно, т.е. существует множество путей для прохождения электричества и минимальное количество ответвлений в этой цепи. два.

Последовательно-параллельная цепь

Если элементы цепи соединены последовательно в одних частях и параллельно в других, это будет последовательно-параллельная цепь. Другими словами, это сочетание последовательных, параллельных и последовательно-параллельных цепей.

Ниже приведены более производные схемы последовательных, параллельных и последовательно-параллельных цепей

Чистая резистивная цепь
Чистая индуктивная цепь
Чистая емкостная схема
Резистивная, индуктивная цепь, т. е. цепь RL
Резистивная, емкостная цепь, например, RC-цепь
Емкостные, индуктивные цепи, т. е. LC-цепи
Резистивная, индуктивная, емкостная цепь, т. е. цепь RLC
Серийные и параллельные цепи R, L и C
Комбинация последовательно-параллельной цепи, т. е. сложная цепь

Все эти схемы показаны на рис. ниже.

Нажмите на картинку, чтобы увеличить

Различные типы электрических цепей

В данных цепях все вышеуказанные компоненты или элементы могут быть соединены последовательно, параллельно или в обеих комбинациях последовательно-параллельной конфигурации.

Знакомство с последовательными, параллельными и последовательно-параллельными соединениями
Серия, параллельное и последовательно-параллельное соединение батарей

Серия

, параллельное и последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

Схема «звезда-треугольник»

Цепи такого типа подключаются по схеме «звезда» или «треугольник». В этих цепях электрические элементы соединены способом, который не определен с точки зрения последовательной, параллельной или последовательно-параллельной конфигурации. Цепи «звезда-треугольник» могут быть решены путем преобразования «звезда в треугольник» и «треугольник в звезду».

Прежде чем анализировать электрическую цепь и сеть, вы должны знать следующие полезные термины, связанные с электрическими цепями, которые определяют характер и характеристики цепи.

Цепь переменного тока

Цепь, содержащая источник питания переменного тока, называется цепью переменного тока. Источниками питания, например, являются генераторы переменного тока и синхронные генераторы.

Цепь постоянного тока

Цепь, содержащая источник питания постоянного тока, называется цепью постоянного тока. Источниками питания, например, являются батареи и генераторы постоянного тока.

Связанный пост: Разница между переменным и постоянным током (ток и напряжение)

Однофазные цепи

Электропитание переменного тока, в котором все напряжения имеют одинаковую синусоидальную форму в определенный период времени, называется однофазным питанием переменного тока. В однофазных цепях переменного тока для замыкания цепи необходимы только два провода (известные как фаза или линия и нейтраль).

Многофазные цепи

Поли означает более одного. Как следует из названия, мощность переменного тока, в которой есть три синусоидальных напряжения, имеющих разность фаз 120 °. В трехфазных цепях переменного тока для замыкания цепи необходимы три фазы с тремя проводами или три фазы с четырьмя проводами.

Связанный пост: Разница между однофазным и трехфазным питанием

Параметры цепи, константы и родственные термины

Различные компоненты или элементы, которые используются в электрических цепях, называются параметрами или константами цепи, т. е. сопротивление, емкость, индуктивность, частота и т. д. Эти параметры могут быть объединены или распределены.

Активная цепь

Цепь, которая содержит один или несколько источников ЭДС (электродвижущей силы), называется активной цепью

Пассивная цепь

Цепь, в которой нет ни одного источника ЭДС, называется пассивной цепью

Связанный пост: Основное различие между активными и пассивными компонентами

Линейные и нелинейные цепи

Li ближняя Цепь

Линейная цепь — это электрическая цепь, в которой параметры цепи (сопротивление, индуктивность, емкость, форма волны, частота и т. д.) постоянны. Другими словами, цепь, параметры которой не изменяются по току и напряжению, называется линейной цепью.

Нелинейная цепь

Нелинейная цепь представляет собой электрическую цепь, параметры которой варьируются в зависимости от тока и напряжения. Другими словами, электрическая цепь, в которой параметры цепи (сопротивление, индуктивность, емкость, форма волны, частота и т. д.) непостоянны, называется нелинейной цепью.

Связанный пост: Основная разница между линейной и нелинейной схемой

Односторонние и двусторонние цепи

Односторонние цепи

В односторонних цепях свойства цепи изменяются при изменении направления питающего напряжения или тока. Другими словами, односторонняя цепь позволяет току течь только в одном направлении. Диод или выпрямитель являются примером односторонней схемы, потому что они не выполняют выпрямление в обоих направлениях питания.

Двусторонние цепи

В двусторонних цепях свойство цепи не меняется при изменении направления питающего напряжения или тока. Другими словами, двусторонняя цепь позволяет току течь в обоих направлениях. Линия передачи является лучшим примером двусторонней цепи, потому что при подаче напряжения питания с любого направления (начальный или конечный конец) свойства цепи остаются постоянными.

Связанный пост: Разница между односторонней и двусторонней схемами

Термины, относящиеся к электрическим цепям и сетям

Узел

Точка или соединение, где встречаются два или более элементов цепи (резистор, конденсатор, катушка индуктивности и т. д.), называется узлом участок цепи, расположенный между двумя узлами, называется ветвью. В ответвлении могут быть соединены один или несколько элементов, имеющих две клеммы.

л уп

Замкнутый путь в цепи, где может встречаться более двух сеток, называется петлей, т. е. в петле может быть много сеток, но сетка не содержит ни одной петли.

Сетка

Замкнутая петля, которая не содержит внутри себя никакой другой петли или путь, который не содержит других путей, называется сеткой.

Связанный пост: Как определить количество узлов, ветвей, петель и сеток в цепи?

Схема с 6 узлами, 7 ответвлениями, 3 циклами и 2 сетками

Полезно знать:

Мы используем различные теоремы для решения сложных сетей. Как правило, сложные сети могут быть решены следующими двумя методами.

Прямой метод
Метод эквивалентной цепи

Мы подробно обсудим эти методы один за другим в нашем следующем посте.

Что такое электрический ток, его единицы, формула, типы и применение
Что такое напряжение? его единица измерения, формула, типы и применение
Что такое сопротивление? Удельное сопротивление (ρ) и удельное сопротивление Ω.