Содержание
- Колледж «Комитент»
- Южно-Уральский многопрофильный колледж
- Уральский медицинский колледж
- Челябинский профессиональный колледж
- Челябинский юридический колледж
- Челябинский колледж «Сфера»
- Южно-Уральский государственный технический колледж
Для того, чтобы начать
разбираться в решении задач, связанных с расчётом электрических цепей нужно
сначала разобраться что они из себя представляют, из чего состоят и каковы
основные принципы их работы.
Электрические цепи – это…
В физике электрическая
цепь определяется как определенная замкнутая электрическая линия, которая состоит
из различных элементов, основными из которых является источник электрического
тока или источник питания, приемник и соединительные провода. Они служат для
непосредственной передачи электрического тока от источника к потребителю.
Обязательным условием для передачи электрического тока является то, что система
в обязательном порядке должна быть замкнутой.
Элементы электрических цепей
В реальной жизни, как и в большинстве, помимо источника, приемника и проводников в цепи учувствуют дополнительные элементы, выполняющие различные функции. С помощью них легко можно изменить мощность, напряжение, сопротивление цепи, узнать точные параметры
в определенной точке и проводить другие полезные манипуляции с электрическим током. Для того, что получить полное представление о возможных вариациях электрических цепей рассмотрим подробнее, из каких элементов они могут состоять.
- Приемник – специальное устройство, которое выполняет функцию преобразования электрической энергии в другой вид. Например, в световую (лампочка), тепловую (нагревательные элементы), механическую (вращающиеся или двигающиеся элементы, например, лопасти
вентилятора);
- Резистор – элемент, предназначенный для преобразования электроэнергии в тепло. В задачах, основным параметром, определяющим работу резистора является его сопротивление, измеряется в Омах, и определяется по формуле:
Помимо этого, можно вычислить проводимость резистора, которая измеряется в См (сименсах), используя формулу:
Чтобы вычислить мощность резистора можно применить следующую формулу:
- Конденсатор – устройство, которое используется для преобразования энергии, получаемой от электрической цепи, в энергию электрического поля, и для обратного преобразования. Основной параметр работы конденсатора – это его емкость, которая измеряется
в Фарадах и высчитывается по формуле:
В ряде задач требуется вычислить напряжение на емкости, для этого используется формула:
- Катушка индуктивности – предназначена для того, чтобы энергия, вырабатываемая электрической цепью преобразовывалась в энергию магнитного поля. Основная величина, рассматриваемая при изучении катушки индуктивности – это потокосцепление, выражается
из формулы:
Основные законы, применяемые для решения задач на расчет электрических цепей
Помимо формул для расчета параметров работы основных элементов электрических цепей, существует еще ряд законов, применяемых к ним.
Прежде чем изучать основные законы стоит уделить внимание строению электрической цепи, чтобы знать основные элементы и их обозначение, а также термины, применяющиеся для обозначения участков. Так, электрической схемой называется перенос электрической
цепи в графическом виде в форме изображения или схемы.
Ветвью называется определенная часть цепи, которая состоит из нескольких последовательных элементов, которые расположены между узлов.
Узел – Это определенная точка на участке цепи, в которой пересекаются от 3 и более ветвей. Как правило, узлы имеют нумерацию, которая чаще всего обозначается арабскими цифрами, а на графическом изображении узел обозначается точкой.
Обратите внимание, если на графической схеме электрической цепи вы видите пересечение ветвей, которое не обозначено точкой, значит, ветви этого контура независимы друг от друга и фактически не имеют пересечения, то есть проводники могут располагаться
в разных областях.
Контур – более объемное понятие, которое включает в себя несколько ветвей и узлов и замыкается на определенной линии. Контуры в одной цепи могут быть независимы друг от друга и они обозначаются также римскими цифрами.
В целом, есть огромное множество формул и законов для выражения различных величин, отражающихся в электрических цепях, но мы рассмотри основные из них.
Закон Ома
Первый, и один из самых важных законов, знание которого требуется для решения абсолютного множества задач, связанных с электрическими цепями, это закон Ома. Для разных цепей его формула может немного отличаться. В частности, если нужно найти силу
тока или напряжение на участке, в цепи , в которой отсутствует источник ЭДС, формула для закона Ома выглядит следующим образом:
В данном случае точками
а и в обозначаются соответственно начало и конец рассматриваемого участка. Словесное выражение данной формулы состоит в том, что при постоянном сопротивлении на участке, напряжение является прямо пропорциональным силе тока в нем.
Если рассматривается участок, в котором есть источник с ЭДС, формула для него будет следующая:
Закон Джоуля - Ленца
Следующий закон,
применяющийся для решения задач с электрическими цепями – это закон
Джоуля-Ленца. Формула этого закона:
этот закон выражает Энергию, которая выделяется на участке с определенным сопротивлением. Данная энергия пропорциональна произведению силы тока и сопротивлению.
Закон Кирхгофа
Первый закон Кирхгофа обозначается следующей формулой:
Данное выражение обозначает, что алгебраическая сумма токов, которые направлены на конкретный узел, равна нулю.
Второй закон Кирхгофа выражается в следующей формуле:
Данное выражение обозначает, что алгебраическая сумма в каждом независимом контуре равно сумме падений напряжений вдоль этого контура. При этом алгебраическая сумма всех напряжений по контуру приравнивается к нулю, что выражается формулой:
Режимы работы электрических цепей
Помимо основных элементов
и параметров работы электрической цепи, стоит уделить внимание тому, что у разных электрических цепей с различными элементами могут быть разные режимы работы. Тогда даже в одной и той же цепи, параметры на одном и том же участке
при разных режимах работы существенно отличаются.
Первый, и основной режим работы электрической цепи – это номинальный режим. Этот режим предназначен для использования электрической цепи с номинальными параметрами. Следующий вариант работы – это согласованный режим. При
этом режиме запускается максимальная мощность, как на источнике тока, так и на преобразующем приемнике. Поэтому, все остальные параметры подстраиваются под максимальную мощность, то есть согласовываются с ней. Также, один из вариантов,
который чаще всего используется при первичном запуске или проверке рабочих элементов – это режим холостого хода. Который, заключается в том, что при подаче нагрузки приемник или источник остается без подаваемой энергии, потому как она проходит мимо
нее.
Последний вариант работы электрической цепи – это короткое замыкание. Это краткосрочный режим, который не используется на практике, а возникает лишь в экстренных ситуациях. При этом режиме соприкасаются несколько разноименных зарядов, либо при соединении
пассивного элемента, например катушки или резистора, с проводником, по которому проходит электрический ток с большим напряжением.
Перед решением задач, стоит выяснить, при каком режиме работы определены исходные параметры.
Компания «РосДиплом» на протяжении 20 лет занимается студенческими работами и предлагает помощь студентам во всех областях и темах. Наши преимущества: огромный опыт работы, лучшие авторы, собранные со
всех уголков России, гарантии успешной сдачи и оптимальной цены, а также индивидуальный подход к каждому клиенту.