Схема эл цепи: Электрические цепи — урок. Физика, 8 класс.

определение, элементы, схемы. Топология и методы расчета

Эта статья для тех, кто только начинает изучать теорию электрических цепей. Как всегда не будем лезть в дебри формул, но попытаемся объяснить основные понятия и суть вещей, важные для понимания. Итак, добро пожаловать в мир электрических цепей!

Хотите больше полезной информации и свежих новостей каждый день? Присоединяйтесь к нам в телеграм.

Электрические цепи

Электрическая цепь – это совокупность устройств, по которым течет электрический ток.

Рассмотрим самую простую электрическую цепь.  Из чего она состоит? В ней есть генератор – источник тока, приемник (например, лампочка или электродвигатель), а также система передачи (провода). Чтобы цепь стала именно цепью, а не набором проводов и батареек, ее элементы должны быть соединены между собой проводниками. Ток может течь только по замкнутой цепи. Дадим еще одно определение:

Электрическая цепь – это соединенные между собой источник тока, линии передачи и приемник.

Конечно, источник, приемник и провода – самый простой вариант для элементарной электрической цепи. В реальности в разные цепи входит еще множество элементов и вспомогательного оборудования: резисторы, конденсаторы, рубильники, амперметры, вольтметры, выключатели, контактные соединения, трансформаторы и прочее.

Электрическая цепь

Кстати, о том, что такое трансформатор, читайте в отдельном материале нашего блога.

По какому фундаментальному признаку можно разделить все цепи электрического тока? По тому же, что и ток! Есть цепи постоянного тока, а есть – переменного. В цепи постоянного тока он не меняет своего направления, полярность источника постоянна. Переменный же ток периодически изменяется во времени как по направлению, так и по величине.

Сейчас переменный ток используется повсеместно. О том, что для этого сделал Никола Тесла, читайте в нашей статье.

Элементы электрических цепей

Все элементы электрических цепей можно разделить на активные и пассивные. Активные элементы цепи – это те элементы, которые индуцируют ЭДС. К ним относятся источники тока, аккумуляторы, электродвигатели. Пассивные элементы – соединительные провода и электроприемники.

Приемники и источники тока, с точки зрения топологии цепей, являются двухполюсными элементами (двухполюсниками). Для их работы необходимо два полюса, через которые они передают или принимают электрическую энергию. Устройства, по которым ток идет от источника к приемнику, являются четырехполюсниками. Чтобы передать энергию от одного двухполюсника к другому им необходимо минимум 4 контакта, соответственно для приема и передачи.

Резисторы – элементы электрической цепи, которые обладают сопротивлением. Вообще, все элементы реальных цепей, вплоть до самого маленького соединительного провода, имеют сопротивление. Однако в большинстве случаев этим можно пренебречь и при расчете считать элементы электрической цепи идеальными.

Существуют условные обозначения для изображения элементов цепи на схемах.

 

Кстати, подробнее про силу тока, напряжение, сопротивление и закон Ома для элементов электрической цепи читайте в отдельной статье.

Вольт-амперная характеристика – фундаментальная характеристика элементов цепи. Это зависимость напряжения на зажимах элемента от тока, который проходит через него. Если вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию, то говорят, что элемент линейный. Цепь, состоящая из линейных элементов – линейная электрическая цепь. Нелинейная электрическая цепь – такая цепь, сопротивление участков которой зависит от значений и направления токов.

Какие есть способы соединения элементов электрической цепи? Какой бы сложной ни была схема, элементы в ней соединены либо последовательно, либо параллельно.

 

При решении задач и анализе схем используют следующие понятия:

  • Ветвь – такой участок цепи, вдоль которого течет один и тот же ток;
  • Узел – соединение ветвей цепи;
  • Контур – последовательность ветвей, которая образует замкнутый путь. При этом один из узлов является как началом, так и концом пути, а другие узлы встречаются в контуре только один раз.

Чтобы понять, что есть что, взглянем на рисунок:

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

 

Классификация электрических цепей

По назначению электрические цепи бывают:

  • Силовые электрические цепи;
  • Электрические цепи управления;
  • Электрические цепи измерения;

Силовые цепи предназначены для передачи и распределения электрической энергии. Именно силовые цепи ведут ток к потребителю.

Также цепи разделяют по силе тока в них. Например, если ток в цепи превышает 5 ампер, то цепь силовая. Когда вы щелкаете чайник, включенный в розетку, Вы замыкаете силовую электрическую цепь.

Электрические цепи управления не являются силовыми и предназначены для приведения в действие или изменения параметров работы электрических устройств и оборудования. Пример цепи управления – аппаратура контроля, управления и сигнализации.

Электрические цепи измерения предназначены для фиксации изменений параметров работы электрического оборудования.

Расчет электрических цепей

Рассчитать цепь – значит найти все токи в ней. Существуют разные методы расчета электрических цепей: законы Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие. Рассмотрим применение метода контурных токов на примере конкретной цепи.

 

Сначала выделим контуры и обозначим ток в них. Направление тока можно выбирать произвольно. В нашем случае – по часовой стрелке. Затем для каждого контура составим уравнения по 2 закону Кирхгофа. Уравнения составляются так: Ток контура умножается на сопротивление контура, к полученному выражению добавляются произведения тока других контуров и общих сопротивлений этих контуров. Для нашей схемы:

Полученная система решается с подставкой исходных данных задачи. Токи в ветвях исходной цепи находим как алгебраическую сумму контурных токов

Какую бы цепь Вам ни понадобилось рассчитать, наши специалисты всегда помогут справится с заданиями. Мы найдем все токи по правилу Кирхгофа и решим любой пример на переходные процессы в электрических цепях. Получайте удовольствие от учебы вместе с нами!

2 Схемы электрических цепей их элементы и изображение

Параметры и элементы электрической
цепи

Параметрами электрической цепи называется
величина, связывающая ток и напряжение
на конкретном участке цепи (r –
сопротивлением, L – индуктивностью, C
– ёмкостью).

Элементами электрической цепи называют
отдельные устройства входящие в
электрическую цепь и выполняющие в ней
определённую функцию. Пример отдельных
элементов и простой схемы электрической
цепи:

Рис.2

Схемы электрических цепей

При конструировании, монтаже и
работе электрических установок
(электрооборудования) нельзя обойтись
без электрических схем. Электрические
схемы по своему назначению различаются
на несколько типов: структурные,
функциональные, принципиальные,
монтажные, однолинейные, и др.

Принципиальная схема даёт полное
представление о работе электроустановки,
полный состав элементов и связи между
ними.

Схема электрической цепи – это
графическое представление изображения
электрической цепи, которая содержит
условные обозначения элементов и
соединение этих элементов. Условные
обозначение в электрических схемах
установлены стандартами системы ЕСКД.
Различают последовательное и параллельное
соединение элементов в схемах и
электрических цепях. Сложные электрические
схемы образуются в результате включения
групп элементов соединенных между собой
последовательно или параллельно (см.
на рис.).

Рис.3

Этот метод наиболее универсален и
применяется для расчета любых цепей.
при расчете этим методом первоначально
определяются токи в ветвях, а затем
напряжения на всех элементах. токи
находятся из уравнений, полученных с
помощью законов кирхгофа. так как в
каждой ветви цепи протекает свой ток,
то число исходных уравнений должно
равняться числу ветвей цепи. число
ветвей принято обозначать через n.
часть этих уравнений записываются по
первому закону кирхгофа, а часть – по
второму закону кирхгофа. все полученные
уравнения должны быть независимыми.
это значит, чтобы не было таких уравнений,
которые могут быть получены путем
перестановок членов в уже имеющемся
уравнении или путем арифметических
действий между исходными уравнениями.
при составлении уравнений используются
понятия независимых и зависимых узлов
и контуров. рассмотрим эти понятия.

независимым узлом называется
узел, в который входит хотя бы одна
ветвь, не входящая в другие узлы. если
число узлов обозначим через к, то
число независимых узлов равно (к–1).
на схеме (рис. 1.16) из двух узлов только
один независим.

независимым контуром называется
контур, который отличается от других
контуров хотя бы одной ветвью, не входящей
в другие контура. в противном случае
такой контур называется зависимым.

если число ветвей цепи равно n, то
число независимых контуров равно [n –
(к–1)].

в схеме (рис.  1.16) всего три контура,
но только два независимых контура, а
третий – зависим. выделять независимые
контура можно произвольно, т. е. в
качестве независимых контуров можно
выбрать при первом расчете одни, а при
втором расчете (повторном) – другие,
которые раньше были зависимыми. результаты
расчета будут одинаковыми.

если по первому закону кирхгофа составить
уравнения для (к–1) независимых
узлов, а по второму закону кирхгофа
составить уравнения для [n – (к–1)]
независимых контуров, то общее число
уравнений будет равно:

(K–1)
+ [n – (K–1)]
= n.

Это означает, что для расчёта имеется
необходимое число уравнений.

Последовательность расчёта:

1. Расставляем условно – положительные
направления токов и напряжений.

2. Определяем число неизвестных токов,
которое равно числу ветвей (n).

3. Выбираем независимые узлы и независимые
контура.

4. С помощью первого закона Кирхгофа
составляем (К–1) уравнений для
независимых узлов.

5. С помощью второго закона Кирхгофа
составляем [n – (К–1)] уравнений
для независимых контуров. При этом
напряжения на элементах выражаются
через токи, протекающие через них.

6. Решаем составленную систему уравнений
и определяем токи в ветвях. При получении
отрицательных значений для некоторых
токов, необходимо их направления в схеме
изменить на противоположные, которые
и являются истинными.

7. Определяем падения напряжений на всех
элементах схемы.

Рассмотрим последовательность расчета
на примере схемы, приведенной на
рис. 1.16. Учитывая направление источника
E, расставляем условно–положительные
направления токов и напряжений. В схеме
три ветви, поэтому нам необходимо
составить три уравнения. В схеме два
узла, следовательно, из них только один
независимый. В качестве независимого
узла выберем узел 1. Для него запишем
уравнение по первому закону Кирхгофа:

I1 = I2
+ I3.

Д
алее
необходимо составить два уравнения по
второму закону Кирхгофа. В схеме всего
три контура, но независимых только два.
В качестве независимых контуров выберем
контур из элементов E–R1–R2
и контур из элементов R2– R3.
Обходя эти два контура по направлению
движения часовой стрелки, записываем
следующие два уравнения:

E = I1,R1
+ I2R2
,

0 = – I2R2
+ I3R3
 .

Решаем полученные три уравнения и
определяем токи в ветвях. Затем через
найденные токи по закону Ома определяем
падения напряжений на всех элементах
цепи.

настроенная схема | электроника | Британика

  • 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.
  • Britannica объясняет
    В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
  • 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.
  • Студенческий портал
    Britannica — лучший 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. Спросить. 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 изучаем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

видеокарта

| Определение и факты

  • 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
  • В 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.
  • Britannica объясняет
    В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
  • Демистифицированные видео
    В «Демистификации» у «Британники» 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.
  • Студенческий портал
    Britannica — лучший 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.