Электрическая цепь. Эдс обозначение на схеме

45.2 Электродвижущая сила (ЭДС) и внутреннее сопротивление источника.

Мы пришли к выводу, что для поддержания постоянного тока в замкнутой цепи, в нее необходимо включить источник тока. Подчеркнем, что задача источника заключается не в том, чтобы поставлять заряды в электрическую цепь (в проводниках этих зарядов достаточно), а в том, чтобы заставлять их двигаться, совершать работу по перемещению зарядов против сил электрического поля. Основной характеристики источника является электродвижущая сила1 (ЭДС) − работа, совершаемая сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда

Единицей измерения ЭДС в системе единиц СИ является Вольт. ЭДС источника равна 1 вольт, если он совершает работу 1 Джоуль при перемещении заряда 1 Кулон

Для обозначения источников тока на электрических схемах используется специальное обозначение (рис. 397).

рис. 397 Электростатическое поле совершает положительную работу по перемещению положительного заряда в направлении уменьшения потенциала поля. Источник тока проводит разделение электрических зарядов − на одном полюсе накапливаются положительные заряды, на другом отрицательный. Напряженность электрического поля в источнике направлена от положительного полюса к отрицательному, поэтому работа электрического поля по перемещению положительного заряда будет положительной при его движения от «плюса» к «минусу». Работа сторонних сил, наоборот, положительна в том случае, если положительные заряды перемещаются от отрицательного полюса к положительному, то есть от «минуса» к «плюсу». В этом принципиальное отличие понятий разности потенциалов и ЭДС, о котором всегда необходимо помнить. Таким образом, электродвижущую силу источника можно считать алгебраической величиной, знак которой («плюс» или «минус») зависит от направления тока. В схеме, показанной на рис. 398,

рис. 398 вне источника (во внешней цепи) ток течет2 от «плюса» источника к «минусу», в внутри источника от «минуса» к «плюсу». В этом случае, как сторонние силы источника, так и электростатические силы во внешней цепи совершают положительную работу. Если на некотором участке электрической цепи помимо электростатических действуют и сторонние силы, то над перемещением зарядов «работают» как электростатические, так и сторонние силы. Суммарная работа электростатических и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда называется электрическим напряжением на участке цепи

В том случае, когда сторонние силы отсутствуют, электрическое напряжение совпадает с разностью потенциалов электрического поля. Поясним определение напряжения и знака ЭДС на простом примере. Пусть на участке цепи, по которому протекает электрический ток, имеются источник сторонних сил и резистор (рис. 399).

рис. 399 Для определенности будем считать, что φo > φ1, то есть электрический ток направлен от точки 0 к точке 1. При подключении источника, как показано на рис. 399 а, Сторонние силы источника совершают положительную работу, поэтому соотношение (2) в этом случае может быть записано в виде

При обратном включении источника (рис. 399 б) внутри него заряды движутся против сторонних сил, поэтому работа последних отрицательна. Фактически силы внешнего электрического поля преодолевают сторонние силы. Следовательно, в этом случае рассматриваемое соотношение (2) имеет вид

Для протекания электрического тока по участку цепи, обладающему электрическим сопротивлением, необходимо совершать работу, по преодолению сил сопротивления. Для единичного положительного заряда эта работа, согласно закону Ома, равна произведению IR = U которое, естественно совпадает с напряжением на данном участке. Заряженные частицы (как электроны, так и ионы) внутри источника движутся в некоторой окружающей среде, поэтому со стороны среду на них также действуют тормозящие силы, которые также необходимо преодолевать. Заряженные частицы преодолевают силы сопротивления благодаря действию сторонних сил (если ток в источнике направлен от «плюса» к «минусу») либо благодаря электростатическим силам (если ток направлен от «минуса» к «плюсу»). Очевидно, что работа по преодолению этих сил не зависит от направления движения, так как силы сопротивления всегда направлены в сторону, противоположную скорости движения частиц. Так как силы сопротивления пропорциональны средней скорости движения частиц, то работа по их преодолению пропорциональна скорости движения, следовательно, силе тока силе. Таким образом, мы можем ввести еще характеристику источника − его внутренне сопротивление r, аналогично обычному электрическому сопротивлению. Работа по преодолению сил сопротивления при перемещении единичного положительного заряда между полюсами источника равна A/q = Ir. Еще раз подчеркнем, эта работа не зависит от направления тока в источнике. 1Название этой физической величины неудачно − так электродвижущая сила является работой, а не силой в обычном механическом понимании. Но этот термин настолько устоялся, что изменять его не «в наших силах». К слову, сила тока то же не является механической силой! Не говоря уж о таких понятиях «сила духа», «сила воли», «божественная сила» и т.д.2Напомним, за направление движения электрического тока принято направление движения положительных зарядов.

fizportal.ru

Источник ЭДС — Википедия

Рисунок 1. Обозначение на схемах источника ЭДС (слева) и реального источника напряжения (справа). Вариант.

Исто́чник ЭДС — источник электрической энергии, напряжение на зажимах которого не зависит от тока, протекающего через источник и равно его ЭДС. ЭДС источника может быть задана либо постоянным, либо как функция времени, либо как функция от внешнего управляющего воздействия. В простейшем случае ЭДС определена как константа, обычно обозначаемая буквой .

Идеальный источник напряжения[править]

Рисунок 2. Реальный источник напряжения под нагрузкой

Рисунок 3. Нагрузочная характеристика идеального (синий) и реального (красный) источников.

Напряжение на выводах идеального источника напряжения не зависит от нагрузки . Ток определяется только сопротивлением внешней цепи :

Модель идеального источника напряжения используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. Собственно идеальный источник напряжения (источник ЭДС) является физической абстракцией, поскольку при стремлении сопротивления нагрузки к нулю отдаваемый ток и электрическая мощность неограниченно возрастают, что противоречит физической природе источника.

Реальный источник напряжения[править]

В реальности, любой источник напряжения обладает внутренним сопротивлением . Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника. Эквивалентная схема реального источника напряжения представляет собой последовательное включение идеального источника ЭДС и внутреннего сопротивления .

На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики идеального источника напряжения (синяя линия) и реального источника напряжения (красная линия).

где

— падение напряжения на внутреннем сопротивлении; — падение напряжения на нагрузке.

При коротком замыкании вся мощность источника энергии рассеивается на его внутреннем сопротивлении. В этом случае ток короткого замыкания будет максимален. Зная напряжение холостого хода и ток короткого замыкания, можно вычислить внутреннее сопротивление источника напряжения:

При помощи модели источника напряжения хорошо описываются химические источники тока, батарейки, гальванические элементы, коллекторные генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением и бытовые электросети для маломощных потребителей.

Различают источник постоянного и переменного напряжения, а также источник напряжения, управляемые напряжением (ИНУН) и источники напряжения, управляемые током (ИНУТ).

Существуют различные варианты обозначений источника напряжения. Наиболее часто встречается обозначение (a) . Вариант (c) устанавливается ГОСТ[1] и IEC[2]. Стрелка в кружке указывает на положительную клемму на выходе источника. При выборе обозначения нужно быть осмотрительным и использовать пояснения, чтобы не допускать путаницы с источниками тока (b), который обозначен так в статье «Источник тока».

Рисунок 4. Обозначения источника напряжения на схемах

Определение полюсов[править]

Чтобы определить, который полюс источника постоянного напряжения является положительным, а какой — отрицательным, используются специальные «полюсоискатели», действие которых основано на явлении электролиза. Полюсоискатель представляет собой стеклянную ампулу, заполненную раствором поваренной соли с добавкой фенолфталеина. В ампулу снаружи введены электроды. При подключении к электродам источника напряжения начинается электролиз: на отрицательном полюсе идёт выделение водорода и образуется щелочная среда. Из-за наличия щёлочи фенолфталеин меняет свою окраску — краснеет, по красной окраске у электрода и судят о том, что он соединён с отрицательным полюсом источника напряжения[3].

↑ ГОСТ 2.721-74 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.
↑ IEC 617-2:1996. Graphical symbols for diagrams — Part 2: Symbol elements, qualifying symbols and other symbols having general application
↑ Элементарный учебник физики / Под ред. Г. С. Ландсберга. — 13-е изд.. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. — Т. 2. Электричество и магнетизм. — С. 151,152,465.

Электротехника: Учеб. для вузов/А. С. Касаткин, М. В. Немцов.— 7-е изд., стер.— М.: Высш. шк., 2003.— 542 с.: ил. ISBN 5-06-003595-6
Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3.

wp.wiki-wiki.ru

Источник ЭДС — WiKi

Рисунок 1. Обозначение на схемах источника ЭДС (слева) и реального источника напряжения (справа). Вариант.

Исто́чник ЭДС (идеа́льный источник напряже́ния) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока, протекающего через источник и равно его ЭДС. ЭДС источника может быть задана либо постоянным, либо как функция времени, либо как функция от внешнего управляющего воздействия. В простейшем случае ЭДС определена как константа, обычно обозначаемая буквой E{\displaystyle {\mathcal {E}}}.

Свойства

Идеальный источник напряжения

Рисунок 2. Реальный источник напряжения под нагрузкой Рисунок 3. Нагрузочная характеристика идеального (синий) и реального (красный) источников.

Напряжение на выводах идеального источника напряжения не зависит от нагрузки U=E=const{\displaystyle U={\mathcal {E}}={\text{const}}} . Ток определяется только сопротивлением внешней цепи R{\displaystyle R} :

I=UR.{\displaystyle I={\frac {U}{R}}.}

Модель идеального источника напряжения используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. Собственно, идеальный источник напряжения (источник ЭДС) является физической абстракцией, поскольку при стремлении сопротивления нагрузки к нулю R→0{\displaystyle R\rightarrow 0} отдаваемый ток и электрическая мощность неограниченно возрастают, что противоречит физической природе источника.

Реальный источник напряжения

В реальности любой источник напряжения обладает внутренним сопротивлением r{\displaystyle r} . Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника. Эквивалентная схема реального источника напряжения представляет собой последовательное включение идеального источника ЭДС E{\displaystyle {\mathcal {E}}} и внутреннего сопротивления r{\displaystyle r} .

E=Ur+UR,{\displaystyle {\mathcal {E}}=U_{r}+U_{R},}

где

Ur=I⋅r,{\displaystyle U_{r}=I\cdot r,} — падение напряжения на внутреннем сопротивлении; UR=I⋅R,{\displaystyle U_{R}=I\cdot R,} — падение напряжения на нагрузке.

При коротком замыкании R=0{\displaystyle R=0} вся мощность источника энергии рассеивается на его внутреннем сопротивлении. В этом случае ток короткого замыкания Is.c.{\displaystyle I_{\text{s.c.}}} будет максимален. Зная напряжение холостого хода Uxx{\displaystyle U_{\text{xx}}} и ток короткого замыкания, можно вычислить внутреннее сопротивление источника напряжения:

r=UxxIs.c..{\displaystyle r={\frac {U_{\text{xx}}}{I_{\text{s.c.}}}}.}

Применение

Обозначения

Рисунок 4. Обозначения источника напряжения на схемах

Определение полюсов

См. также

Примечания

↑ ГОСТ 2.721-74 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.
↑ IEC 617-2:1996. Graphical symbols for diagrams — Part 2: Symbol elements, qualifying symbols and other symbols having general application
↑ Элементарный учебник физики / Под ред. Г. С. Ландсберга. — 13-е изд.. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. — Т. 2. Электричество и магнетизм. — С. 151,152,465.

Литература

Электротехника: Учеб. для вузов/А. С. Касаткин, М. В. Немцов.— 7-е изд., стер.— М.: Высш. шк., 2003.— 542 с.: ил. ISBN 5-06-003595-6
Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3.

ru-wiki.org

Лекция № 1. Линейные электрические цепи постоянного тока.

Определение линейных электрических цепей.

Совокупность соединённых друг с другом источников электрической энергии и нагрузок, по которым может протекать электрический ток, называют электрической цепью.

Постоянным током называют ток, неизменный во времени. Постоянный ток представляет собой направленное упорядоченное движение частиц, несущих на себе электрические заряды.

Как известно из курса физики, носителями заряда в металлах являются свободные электроны, а в жидкостях – ионы. Упорядоченное движение носителей зарядов в проводниках вызывается электрическим полем, созданных в них источниками электрической энергии. Источники электрической энергии представляют собой такие источники, которые преобразуют химическую, механическую и другие виды энергии в электрическую. Источник электрической энергии характеризуется величиной и направлением электродвижущей силы (ЭДС) и величиной внутреннего сопротивления.

Условимся обозначать постоянный ток буквой , ЭДС источника – буквой , напряжение на участке цепи – буквой и сопротивление – буквой .

В международной системе единиц СИ ток измеряется в амперах (А), ЭДС и напряжение – в вольтах (В) и сопротивление – в омах (Ом).

Изображение электрической цепи на рисунке с помощью условных знаков принято называть электрической схемой.

В соответствии с единой системой конструкторской документации (ЕСКД) стандартизованы размеры условных знаков элементов схемы.

В цепи постоянного тока всего три элемента: источник ЭДС, источник тока и резистор.

Условным знаком резистора, обладающего сопротивлением , на электрической схеме является вытянутый прямоугольник размером 4х10 мм согласно ЕСКД. Около него ставится обозначение сопротивления (рис. 1).

Рис. 1. Условный знак резистора

Условным знаком источника ЭДС является кружок с изображённой внутри него стрелкой. Стрелка указывает полярность источника ЭДС. По ЕСКД диаметр кружка равен 10 мм (рис. 2).

Рис. 2. Условный знак источника ЭДС

Условным обозначением источника тока является кружок с изображённой внутри него двойной стрелкой. Стрелка указывает полярность источника тока. По ЕСКД диаметр кружка равен 10 мм (рис. 3).

Рис. 3. Условный знак источника тока

Приёмник энергии и провода, соединяющие приёмник с источником энергии, называют «внешней» частью электрической цепи или, короче, внешней цепью. Во внешней цепи ток течет от плюса источника энергии к минусу, а внутри источника – от минуса к плюсу.

Зависимость тока, протекающего по резистору, от напряжения на этом резисторе принято называть вольтамперной характеристикой (ВАХ).

Сопротивления, ВАХ которых являются прямыми линиями, называют линейными сопротивлениями, а электрические цепи с входящими в них только линейными сопротивлениями принято называть линейными электрическими цепями.

Резисторы характеризуются линейными ВАХ. На рис. 4 показана эта ВАХ.

Рис. 4. ВАХ линейного сопротивления

Наклон линии ВАХ зависит от величины сопротивления резистора.

studfiles.net

Электрическая цепь, ее элементы и параметры

Определение

Электрической цепью называется совокупность электротехнических устройств, создающих замкнутый путь электрическому току. Она состоит из источников (генераторов) энергии, приемников энергии (нагрузки) и соединительных проводов. В цепи могут быть также различные преобразователи (играют роль как роль источников, так и приемников), защитная и коммутационная аппаратура.

В источниках неэлектрические виды энергии преобразуются (в соответствии с законом сохранения энергии) в энергию электромагнитного поля. Так, например, на гидроэлектростанциях энергия падающей воды (энергия гравитационного поля) преобразуется в энергию электромагнитного поля. В приемниках энергия электромагнитного поля преобразуется в тепловую и другие виды энергии. Кроме того, некоторая часть энергии запасается в электрических и магнитных полях цепи.

Электромагнитные процессы в электрической цепи описываются с помощью понятий о токе, напряжении, электродвижущей силе (ЭДС), сопротивлении, индуктивности и емкости. Буквенные обозначения этих, а также других величин, используемых в этом учебном пособии представлены в табл.1.1. Там же дана их русская транскрипция и единицы измерений. Заметим здесь, что ЭДС, токи и напряжения, изменяющиеся во времени, обозначаются строчными латинскими буквами е, i, u, а ЭДС, токи и напряжения, неизменные во времени, обозначаются заглавными латинскими буквами E, I, U.

Графическое изображение электрической цепи и ее элементов

Графическое изображение электрической цепи называется ее схемой. В схеме различают ветви, узлы и контуры. Ветвь – это часть схемы, состоящая только из последовательно соединенных источников и приемников. Узел – точка схемы, в которой сходятся не менее трех ветвей (ветви начинаются и заканчиваются на узлах цепи). Контур – часть схемы, образованная ветвями; число контуров определяется числом вариантов обходов по ветвям цепи. На рис.1.1 даны структурные схемы трех электрических цепей и указано количество ветвей узлов и контуров в каждой из них.

Принятые в настоящем учебном пособии графические обозначения основных элементов цепи, показаны на рис.1.2.

На этом рисунке : 1 - источник ЭДС; 2 - источник тока; 3 - соединительный провод; 4 - сопротивление R цепи; 5 - индуктивность L цепи; 6 - емкость С цепи; 7 - двухполюсник (цепь с неизвестной структурой, имеющая два входных зажима).

В цепях постоянного тока (рис.1.3,а) направление действия ЭДС источника принято указывать в сторону того зажима, на котором образуются положительные заряды. Направление тока во внешней цепи принято указывать от положительно заряженного полюса (зажима) источника к отрицательно заряженному. Направление действия напряжения в приемнике всегда указывают в ту же сторону, что и направление действия тока. В цепях синусоидального тока (рис.1.3,б) принято обозначать направления ЭДС тока и напряжения, используя положительный полупериод тока, при котором ток не изменяет своего направления. При этом картина этих направлений получается аналогичной с цепью постоянного тока.

monitor.uxp.ru

1.1. Основные понятия и определения

1. Нагрузкой называют преобразователь электрической энергии в другой ее вид (механическую, химическую, тепловую и т.д.). Нагрузку на электрических схемах принято обозначать буквой R . Единица сопротивления (нагрузки) – ом (Ом). На электрических схемах нагрузку изображают в виде (рис. 1.1).

Источником называют преобразователь механической, химической, тепловой и т.д. энергии в электрическую. Источник, генератор на электрических схемах

принято обозначать буквой E. Единица – вольт (В). На электрических схемах его

принято изображать в виде (рис. 1.2).

Источник электродвижущей силы (ЭДС) –

это такой источник, который вырабатывает постоянную по величине ЭДС (), независимо от нагрузки. Такой источник называют идеальным.

Неидеальный (реальный) источник, это такой источник, у которого внутреннее сопротивление не равно нулю.

3. Напряжение; падение напряжения; разность потенциалов принято на электрических схемах обозначать буквой U . Единица напряжения – вольт (В).

4. Сила электрического тока; электрический ток; ток обозначают буквой I .

Единица тока – ампер (А).

Если по нагрузке R пропустить ток I, то на ней будет падать напряжение . Это и есть закон Ома для ветви (рис. 1.3). Закон Ома можно записывать в одной из следующих форм:

Создадим замкнутую цепь (рис. 1.4). Ток в этой цепи можно определить по закону Ома для замкнутой ветви: .

5. Электрическая цепь – совокупность соединенных между собой источников и нагрузок, по которым могут протекать

электрические токи.

6. Электрическая схема– графическое изображение электрической цепи на бумаге.

7. Ветвь – участок электрической цепи между двумя узлами, в котором все элементы соединены последовательно.

8. Узел – это точка соединения двух или нескольких ветвей. Узел, объединяющий две ветви называют устранимым, так как он находится внутри новой образованной ветви.

electrono.ru