DC circuit.ppt

ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Содержание
1.Цепи постоянного тока
2.Простейшая электрическая цепь
3.Основные параметры электрической цепи :
электрический ток, электродвижущая сила (ЭДС),напряжение,
сопротивление, мощность.
4.Закон Ома
5.Первый закон Кирхгофа
6.Второй закон Кирхгофа
7.Параллельное соединение сопротивлений
8.Последовательное соединение резисторов
Цепи постоянного тока.
Электрической цепью называют совокупность устройств, предназначенных для
получения, передачи, преобразования и использования электрической энергии.
Условное обозначение:
Е
,
- источник ЭДС
,
- потребитель
Источники ЭДС:
а) аккумуляторы б) генераторы
в) конденсаторы
Потребители (нагрузка) :
электрические бытовые приборы, освещение, двигатели, трансформаторы и т.д.
Простейшая электрическая цепь:
1. Источник энергии
2. Провода
3. Потребитель
Рис. Простейшая электрическая цепь
Е
Также в электрическую цепь могут быть включены аппараты коммутации ,различные
приборы и устройства защиты, преобразующие и распределительные устройства.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Электрическим током называют направленное движение
заряженных частиц.
Значение тока определяется совокупным электрическим зарядом Q
всех частиц проходящих за единицу времени через поперечное
сечение проводника за единицу времени.
I- [A]𝐼 =
𝑄
𝑡
В практических расчетах используют понятие плотности тока
𝑗=
𝐼
𝑆
;
j–[
𝐴
]
𝑀2
Электрический ток, не изменяющийся по направлению в течение
времени называется постоянным током.
Постоянный ток может быть :
Пульсирующим
сглаженным
Электрический ток, изменяющий свое значение и направлении в
течении времени периодически называется переменным током
Электрический ток измеряется амперметром, который включается в
цепь последовательно
ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА
Электродвижущей силой ЭДС- называется величина
равная энергии получаемой внутри источника
единичным электрическим зарядом.
E-[B]
ЭДС получается в результате работы не электрических
сил (химическая реакция, механическая энергия…)
Э.Д.С измеряется вольтметром, при отключенной
нагрузке, т.е. при разомкнутой цепи.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Напряжение-величина, которая показывает, какая
энергия преобразуется (расходуется) в потребителе,
каждым единичным зарядом.
U-[B]
Измеряется вольтметром при замкнутой цепи.
V- Вольтметр включается в цепь параллельно.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
При движении электронов в проводнике, они сталкиваются с
атомами и молекулами материала, испытывая при этом
противодействия своему движению, которое называется
электрическим сопротивлением.
𝑅=
𝜌 ×𝘭
R
𝑆
– [Ом]
Электрическое сопротивление проводника зависит от физикохимических параметров проводника и находится по формуле:
Измеряется омметром.
ЗАВИСИМОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
Также сопротивление проводника зависит от температуры.
Эта зависимость выражается формулой:
R2 = R1 [ 1+ 𝛼 (𝑡2 − 𝑡1 )]
R1 и R2 сопротивление проводника при начальной 𝑡1 и
конечной 𝑡2 температурах.
𝛼 - температурный коэффициент сопротивлениях
𝛼–[
1
℃
]
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ
Электрическая мощность-это величина характеризующая
скорость выполняемой работы.
Мощность, потребляемая нагрузкой (мощность потребителя).
2
𝑈
𝑃 = 𝐼2 ∗ 𝑅 = 𝑈 ∗ 𝐼 =
𝑅
Мощность, отдаваема источником.𝑃 = 𝐸 ∙ 𝐼
Единица измерения [Βт]-ватт, [кВт]- киловатт.
При прохождении тока по проводнику, электроны сталкиваются
с молекулами вещества в результате чего часть энергии
электронов теряется, что приводит к нагреванию проводника.
Количество теплоты, выделенной в проводнике находится по
закону Джоуля-Ленца
Q=𝐼 2 ∗ 𝑅 ∗ 𝑡
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ
ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
Закон Ома
Ток, протекающий по цепи прямо пропорционален напряжению,
приложенному к цепи
( участку) и обратно пропорционален сопротивлению цепи (участку цепи).
I =
𝑈
𝑅
− закон Ома для участка цепи
С учетом внутреннего сопротивления источника ЭДС можно записать:
E = Uвн + Uвнеш = I ∙ R вн + I ∙ R внеш = I ( R вн + R внеш )
Тогда получим
I =
𝐸
𝑅вн
+
𝑅внеш
Напряжение на зажимах цепи
U = E – Uвнут = E – I · Rвнут
− закон Ома для полной цепи
УЗЕЛ, КОНТУР, ВЕТВЬ
Контур - любой замкнутый участок цепи,
проходящий по нескольким ветвям (участкам).
Ветвь - участок цепи, расположенный между
двумя узлами, по которому протекает один и тот
же ток.
Узел - место соединения трех или большего
числа ветвей (проводов).
Первый закон Кирхгофа
Алгебраическая сумма токов входящих в узел, равна алгебраической
сумме токов выходящих из узла или сумма всех токов в узле равна нулю.
𝐼=0
Этот закон применяют для составления токового уравнения для любого
узла электрической цепи.
При составлении уравнения нужно помнить что токи, направленные к
узлу берут со знаком (+), а токи, направленные от узла со знаком (-).
Токовое уравнение для узла А записанное
по первому закону Кирхгофа.
𝐼1 + 𝐼3 = 𝐼2 + 𝐼4 + 𝐼5
𝐼1 +𝐼3 +𝐼2 −𝐼4 −𝐼5 = 0
Второй закон Кирхгофа
Алгебраическая сумма Э.Д.С., действующих в любом замкнутом контуре,
равна алгебраической сумме напряжений на каждом сопротивлении этого
контура
𝐸=
𝑈
или
напряжение, действующее в любом замкнутом контуре равно сумме
напряжений на каждом сопротивлении этого контура.
𝑈=
Пример:
𝑈
СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ РЕЗИСТОРОВ
Параллельное соединение сопротивлений.
Параллельным называется соединение, при
котором все участки цепи присоединяются к одной
паре узлов и находятся под одним напряжением.
Признак параллельного соединения: наличие двух
общих узлов.
Рассмотрим свойства:
1. Напряжение на всех ветвях одинаково и равно напряжениюна зажимах цепи.
𝑈 = 𝑈1 = 𝑈2 = 𝑈3
2. Ток в неразветвленной части цепи I равен сумме токов ветвей
𝐼 = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3
3. Эквивалентное сопротивление цепи находится
а) через проводимости, если цепь содержит 3 или большее количество
ветвей.𝑅экв = 𝑞
1
экв
где 𝑞экв = 𝑞1 + 𝑞2 + 𝑞3
где
𝑞1 =
1
𝑅1
; 𝑞2 =
1
𝑅2
б) Если цепь содержит 2 ветви, то 𝑅экв находится по формуле
𝑅экв
𝑅1 ∙ 𝑅2
=
𝑅1 + 𝑅2
в) Если цепь содержит n ветвей с одинаковыми сопротивлениями то:
𝑅экв =
𝑅
𝑛
Последовательное соединение резисторов.
Последовательным называют соединение, при котором
резисторы соединены друг за другом без разветвлений.
Признак последовательного соединения : отсутствие узлов
между резисторами.
Рассмотрим свойства соединения
1. Ток, протекающий через все сопротивления одинаковый.
𝐼 = 𝐼1 = 𝐼2 = 𝐼3
2. Напряжение на зажимах цепи равно сумме напряжений на всех
сопротивлениях.
𝑈 = 𝑈1 + 𝑈2 + 𝑈3
3. Эквивалентное сопротивление цепи равно сумме всех R.
𝑅экв = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3
По закону Ома напряжения на зажимах цепи и на сопротивлениях
рассчитывают 𝑈 = 𝐼 ∙ 𝑅экв
𝑈1 = 𝐼1 ∙ 𝑅1 = 𝐼 ∙ 𝑅1 ; 𝑈2 = 𝐼2 ∙ 𝑅2 = 𝐼 ∙ 𝑅2 ; 𝑈3 = 𝐼3 ∙ 𝑅3 = 𝐼 ∙ 𝑅3
Смешанное соединение.
Смешанным называют соединение, которое содержит участки с
последовательным и параллельным соединением.
При расчете цепи со смешанным соединением необходимо знать
свойства последовательного и параллельного соединения и пользоваться
ими, а также знать и применять закон Ома и Кирхгофа.
Сначала необходимо выделить участки цепи, где четко видно какое либо соединение (последовательное или параллельное).
Пользуясь свойствами начать сворачивать первоначальную цепь до
одного эквивалентного сопротивления 𝑅экв с составлением схем
замещения. Пользуясь схемами замещения произвести расчет параметров на
всех участках цепи.
Пример: