Простая электрическая цепь и её основные составные части

Для того чтобы электроток мог протекать длительное время, необходимо выполнение нескольких условий. Одним из них является замкнутость электрической цепи. Её составные части обеспечивают создание контура, позволяющего протекать носителям зарядов. Минимальное количество необходимых для этого элементов равняется трём. Но реальная цепочка может быть сколь угодно большой, хотя некоторые части должны в ней быть обязательно.

Общие сведения

Под электрической цепью понимают объединение различных радиоэлектронных устройств, соединённых между собой проводниками. Задача такой совокупности заключается в обеспечении протекания электрического тока заданных характеристик. Параметры такой системы описывают с помощью трёх основных величин:

• тока — упорядоченного движения носителей заряда, вызванного под действием внешних сил, например, электромагнитным полем;
• напряжения — работой, выполняемой для перемещения заряженной частицы из одной точки тела в другую;
• сопротивления — величины, зависящей от импеданса каждого элемента цепи.

Существует два способа анализа электроцепи — энергетический и информационный. Под первым понимается изучение процессов, связанных с преобразованием и передачей энергии. Нахождением токов и напряжений в различных местах схемы. Второй же предполагает выяснение реакции при изменении внешнего воздействия.

Существует два состояния электрической схемы — замкнутая и разомкнутая. Если имеется разрыв в каком-то месте, через него ток течь не будет. Значит, между двумя точками разомкнутого участка не появится разность потенциалов (напряжение). Замкнутый же контур обеспечивает возможность циркулирования электрических зарядов. Связь между элементами цепи выполняется с помощью проводников. То есть тел, обладающих незначительным сопротивлением.

Для того чтобы возникло движение электронов необходим источник силы — энергии. Это генератор вырабатывающий ток или напряжение. Называют его источником. Различие между генераторами в том, что токовый умеет поддерживать постоянную силу тока на своём выходе, вне зависимости от остальной части схемы. Источник же напряжения выдаёт постоянную электродвижущую силу (ЭДС), на величину которой не влияет ток в цепи.

Вырабатываемая энергия должна куда-то направляться, то есть где-то использоваться. Устройство, забирающее себе электроэнергию, называют потребителем. В качестве его может быть любой элемент схемы, не являющийся генератором и обладающий сопротивлением.

Таким образом, простейшая электрическая цепь состоит из трёх элементов — источника энергии, проводников, потребителя. Реальная электроцепь может содержать сколь угодное количество потребителей. Одни из них могут накапливать энергию, а после отдавать, другие же только потребляют, преобразовывая её в другой вид.

Примеры задач на применение закона Ома для замкнутой цепи

К источнику ЭДС 10 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключен реостат, сопротивление которого 4 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника.

При подключении к батарее гальванических элементов резистора сопротивлением 20 Ом сила тока в цепи была 1 А, а при подключении резистора сопротивлением 10 Ом сила тока стала 1,5 А. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление батареи.

Элементы электрической цепи

Источники тока и напряжения относятся к активным элементам электрической схемы. К ним же причисляют полупроводниковые приборы, например, транзисторы, диоды. Индуктивность, конденсатор, сопротивление, напротив, считают пассивными элементами.

В зависимости от частей, входящих в схему она может быть пассивной или активной. В первом случае она состоит только из электрически независимых элементов, если же в ней есть хотя бы один активный, то цепь считается энергозависимой.

Каждый прибор в электрической схеме можно охарактеризовать с двух сторон:

• качественной — зависит от физических параметров, определяет назначение и функцию элемента;
• количественной — характеризует величину прибора.

Источники питания разделяют на первичные и вторичные. К первым относят генераторы, то есть устройства, преобразующие энергию различного вида в электричество. Ими могут быть аккумуляторы, электромашины, гальванические батареи. Вторичные же источники преобразуют электричество из одного вида в другой. К ним можно отнести блоки выпрямления, инвертирования, трансформирования.

Вспомогательные элементы — это те, что обеспечивают правильную работу электрической схемы. Это всевозможные проводники, коммутационные устройства, измерительная и защитная аппаратура. Потребителем же является оборудование преобразующее электричество в полезную работу. Например, устройство нагрева, вентилирования, двигатели, различная бытовая и промышленная техника.

Другими словами, от источника ток начинает течь по проводникам через ряд электронных устройств, приводящих его характеристику к нужному виду. Затем он подаётся на нагрузку оказывающую сопротивление и выполняющую работу. Далее через потребитель ток возвращается к источнику. Замкнутость линии, вне зависимости от используемых элементов необходима, так как в ином случае не возникает разность потенциалов.

Подключение элементов в цепи может быть реализована тремя способами:

• параллельным — начало различных устройств соединены в одной точке, а концы в другой;
• последовательным — все части цепи подключаются поочерёдно друг к другу;
• смешанным — комбинация двух предыдущих видов.

Перечислить все радиоэлементы довольно сложно, так как их много. Но из основных можно выделить: резистор, индуктивность, конденсатор, транзистор, диод, интегральную микросхему, светоизлучатели и фотоприемники.

Электрическая цепь. Как накапливается и распределяется энергия

Вадим Муранов, победитель всероссийского конкурса «Учитель года», преподаватель физики с 24-летним опытом работы.

Добрый день! Мы снова с вами в месте!

Точно, что электромагнитная энергия — это то, что обеспечивает нашу с вами комфортную жизнь. Исчезни она, и неизвестно, во что бы превратилась наша цивилизация, которая целиком и полностью зависит от электромагнитной энергии.

У нас сегодня будут задачи, в которых электромагнитная энергия преобразуется во внутреннюю, то есть в тепловую энергию. И в данном случае эту электромагнитную энергию способны накапливать два устройства: конденсатор и катушка. Конденсатор – это устройство, которое накапливает электрическую энергию, а катушка – это устройство, которое способно накапливать энергию магнитного поля.

«В электрической цепи, показанной на рисунке, ЭДС источника тока равна 20 В; индуктивность катушки 8 мГн; сопротивление лампы 4 Ом и сопротивление резистора 6 Ом. В начальный момент времени ключ К замкнут. Какой должна быть ёмкость конденсатора, чтобы после размыкания ключа в лампе выделилась энергия 120 мДж? Внутренним сопротивлением источника, а также сопротивлением проводов и катушки пренебречь.

Необходимо посмотреть, что будет происходить в нашей схеме при замкнутом ключе. При замкнутом ключе конденсатор будет, конечно, через какое-то время заряжен, но, так как этот ключ будет замкнут довольно долго, заряженный конденсатор через себя ток не пропускает, поэтому ток протекает только по катушке и лампочке.

Ток протекает, конечно, от + к – и не протекает через конденсатор, то есть вот таким образом

Это значит, что силу тока мы можем найти на основании закона Ома для полной цепи .

Внутренним сопротивлением источника нам предлагают пренебречь. В этом случае r = 0, получается и получается 5 Ампер – это сила тока, которая протекает по нашей цепи. Эта же сила тока протекает и через катушку, а мы с вами знаем, что катушка, по которой протекает ток, накапливает внутри себя энергию магнитного поля, которую мы вычисляем по формуле .

Кроме того, мы с вами знаем, что, раз ток протекает по лампе, то можно найти напряжение на этой лампе по закону Ома .

Но так как нет внутреннего сопротивления, мы получим тоже самое, что и ЭДС, то есть те же 20 В. При этом мы замечаем, что напряжение на лампе, на которой напряжение не 0, а на катушке напряжение 0, потому что она не обладает своим собственным сопротивлением, будет таким же, как напряжение на конденсаторе, потому что ток по этой ветке не течет, но, по сути, конденсатор является подключенным к лампочке с катушкой. Значит, напряжение на конденсаторе такое же, как и напряжение на лампе, ведь они подключены параллельно.

Так же параллельно он подключен еще и к источнику, поэтому .

Конденсатор, который находится под напряжение, накопил внутри себя энергию электрического поля, которое вычисляется по формуле .

Мы видим, что у нас два элемента в цепи, которые способны накапливать электромагнитную энергию, но при этом всю накопившуюся энергию они отдадут в тот момент, когда ключ будет разомкнут.

Теперь приступаем ко второй части этой задачи, когда ключ К разомкнут.

Если разомкнуть ключ, то все, что накопили катушка и конденсатор, будет выделено в лампе и резисторе. То есть .

При этом неизвестно, какое именно количество теплоты выделяется на каждом из них, но зато известно, какое количество теплоты выделяется именно в лампе. Но мы с вами знаем, что при размыкании цепи источник у нас отключается и соединение лампы, резистора, катушки и конденсатора становится замкнутым контуром

Ток в этой цепи будет протекать по замкнутому кругу, и это означает, что соединение между лампой и резистором будет последовательным. А при последовательном соединении . Запомните, пожалуйста, эту пропорцию. Если бы было соединение параллельное, то пропорция была бы обратная. В данном случае она прямая, и мы выражаем из нее Qr

И делаем вывод, что . Это получилось, потому что .

Убираем знаменатели, домножив наше равенство на 2 .

А уже из этого выражения выражаем емкость конденсатора .

В эту формулу подставляем все, что нам изместно .

Получается очень простой ответ Ф = 1 мФ.

Все видео по физике

Графическое изображение

Реальную или виртуальную электрическую цепь можно изобразить на рисунке. Называется она принципиальной или электрической схемой. Различие между ними в том, что на первой чертят основные блоки и их соединение, а на второй — указывают расположение и подключение.

По сути, схема является графическим изображение электрической цепи. Для обозначения тех или иных элементов используют специальные условные символы. Их рисунок имеет свой стандарт, так что любой разбирающийся в электронике или электрике сможет понять для чего предназначена та или иная схема.

В России черчение всех типов электронных узлов выполняют согласно ГОСТ 2 .702−2011.

Например, простейшее обозначение имеют проводники — прямая линия. С их помощью показывают, как соединяются элементы. Они являются основой для любой электрической схемы. Кроме проводников и непосредственно самих элементов, в схеме всегда есть ещё два условных параметра:

• ветвь — участок по которому протекает одинаковый ток;
• узел — точка в которой присоединяются более двух ветвей.

Исходя из этой терминологии, можно сказать, что ветви, подключаемые к одной паре точек, будут параллельными, а замкнутый путь, проходящий по ним, образует контур. Простейшая электрическая цепь состоит из одноконтурной схемы, сложные же включают несколько контуров.

Часто в условно-графическом обозначении общий провод, то есть проводник, по которому ток возвращается к генератору, обозначают специальным символом. Называют его «минус». Рисуют такое соединение с помощью двух перпендикулярных линий, подключённых к выводу блока. Направление тока на схемах не указывают, но возле некоторых элементов ставят знак плюс или используют другое обозначение положительного вывода.

Отдельно следует отметить схемы замещения. Их используют для удобства, заменяя реальное устройство эквивалентными пассивными радиоэлементами. Такой подход применяют, когда нужно выполнить расчёт параметров полной электросхемы или какой-то её части. Отдельные блоки на схемах очерчивают пунктирными линиями. С их помощью объединяют части цепи по функциональному признаку. Например, разделяют силовую часть от вторичной, логическую от преобразовательной.

Последовательное соединение элементов цепи

Строительный словарь Диагностика электрической цепи — » Распечатать Прежде чем разобраться в том, что такое схема электрической цепи, необходимо ввести несколько определений: Параметр электрической цепи — это число, которое устанавливает зависимость тока и напряжения на каком-то участке цепи на рисунке 1a r — это сопротивление, на рисунке 1б L — это индуктивность, на рисунке 1в C — это емкость. При анализе электрической цепи рассматривают следующие режимы работы: холостого хода, номинальный, короткого замыкания и согласованный. Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром электрической цепи. Также нужно знать, что если напряжение ниже нуля, это значит, что резисторами активного двухполюсника расходуется энергия источника, связанного по цепи, а также резерв самого прибора.

Пример реальной цепи

Самую простую электрическую цепь можно сделать самостоятельно. Её часто собирают на уроке физики. При этом не стоит опасаться поражения током, так как в ней будет использоваться низковольтный источник напряжения. Но всё же перед тем как приступить к сборке, следует знать о коротком замыкании. Под ним понимают состояние, при котором происходит закорачивание выхода.

Другими словами, вся энергия источника тока оказывается приложенной к нему же. В результате разность потенциалов снижается до нуля, а в цепи возникает максимальная сила тока. Непреднамеренное короткое замыкание может привести к выходу из строя генератор и радиодетали. Именно для защиты от этого пагубного воздействия в цепи ставят предохранитель.

Схема для самостоятельного повторения будет представлять собой узел управления освещением. Для её сборки необходимо подготовить:

1. Источник питания на 12 вольт. Это может быть аккумулятор, регулируемый лабораторный блок, батарейки. Главное, чтобы источник смог выдавать нужное напряжение. Например, нужную величину можно получить соединив последовательно несколько батареек со стандартным номиналом 1,5 В (1,5 * 4 = 12 В).
2. Лампочка. Подойдёт накаливания. Здесь важно обратить внимание на её характеристики. Она должна быть рассчитанной на нужное напряжение.
3. Ключ. Это обыкновенный выключатель, имеющий два устойчивых состояния — разомкнутое и замкнутое.
4. Провода. В сборке можно использовать любые медные проводники сечением от 0,25 мм2.

Сборка конструкции выполняют следующим образом. К плюсу батарейки подсоединяют провод, подключённый другим концом к выключателю. Затем свободный конец ключа подпаивают к любому из выводов лампы. Другой электрод осветительного устройства подсоединяют к минусу источника. Схема готова. Если теперь перевести ключ в положение «вкл» появится свет.

Дополнительные материалы по теме: Схема электрической цепи.

Восстановление положения, существовавшего до нарушения права на земельный участок, и пресечение действий, нарушающих право на земельный участок или создающих угрозу его нарушения 1. Индуктивные потребители имеют важное свойство: они расходуют электроэнергию, которая превращается в магнитное поле и передается дальше.

Законы Кирхгофа. Диод полупроводниковый Резистор переменный Участок электроцепи, вдоль которого протекает один и тот же ток, называется ветвью. Согласованный режим источника питания и внешней цепи возникает в том случае, когда сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению.

Условия эквивалентности будут выполнены, если ток через искомое сопротивление будет равен сумме токов через отдельные параллельные сопротивления: Используя закон Ома для отдельного сопротивления, можем записать:.

Такое объяснение вида цепи упрощенное, так как закон изменения движения электронов намного сложнее. В г.

Читайте дополнительно: Как отремонтировать провод

Содержание

Чем выше температура материала, тем больше скорость хаотичного движения носителей заряда. Восстановление положения, существовавшего до нарушения права на земельный участок, и пресечение действий, нарушающих право на земельный участок или создающих угрозу его нарушения Из книги Земельный кодекс РФ автора Законы РФ Статья За базисную точку примем точку a.

К линейным компонентам относятся зависимые и независимые идеализированные источники токов и напряжений, резисторы подчиняющиеся закону Ома , и любые другие компоненты, описываемые линейными дифференциальными уравнениями, наиболее известны электрические конденсаторы и катушки индуктивности. Рассмотрим участок электрической цепи рис. Восстановление положения, существовавшего до нарушения права на земельный участок, и пресечение действий, нарушающих право на земельный участок или создающих угрозу его нарушения Из книги Земельный кодекс Российской Федерации. Работа активного двухполюсника под нагрузкой в номинальном режиме определяется уравнением 1. Это место соединения нескольких ветвей.

Эти символы определяются стандартами системы ЕСКД. Согласованный режим Этот режим применяется для создания наибольшей передачи активной мощности , передаваемой источником питания к потребителю. Сны, гадания, приметы на каждый день автора Ольшевская Наталья Такое объяснение вида цепи упрощенное, так как закон изменения движения электронов намного сложнее. Для задания движения зарядов в источнике питания против направления поля требуется приложить сторонние силы.

Реальная электрическая цепь может быть представлена в виде активного и пассивного двухполюсников рис. Возьмите какую-нибудь старую цепочку, которую вам не жалко. Одноконтурная замкнутая схема показана на рис. Похожие темы:. Электрическая цепь сигнализации — вспомогательная цепь электротехнического изделия устройства , функциональное назначение которой состоит в приведении в действие сигнальных устройств. Сборка электрической цепи и измерение силы тока в ней #ФизиканскиеЛьвы2018

Обозначения в схемах

Электрические схемы состоят из элементов и комплектующих, обеспечивающих протекание электрического тока. Все элементы разделяются на несколько категорий:

• устройства, генерирующие электроэнергию — источники питания;
• преобразователи электротока в иные виды энергии – выступают потребителями;
• детали, ответственные за передачу электроэнергии от источника к приборам. Также в данную категорию включены трансформаторы и стабилизаторы, обеспечивающие стабильность напряжения в сети.

Для каждого элемента предусмотрено конкретное графическое обозначение на схеме. Помимо ключевых обозначений, на схемах указываются линии передачи электроэнергии. Участки электроцепи, по которым идет одинаковый ток, называются ветвями, а в местах их соединения на схеме ставятся точки для обозначения соединительных узлов.

Контур электроцепи предполагает замкнутый путь движения электротока по нескольким ветвям. Наиболее простая схема состоит из одного контура, а для более сложных приборов предусмотрены схемы с несколькими контурами.

На электрической схеме каждому элементу и соединению соответствует значок или обозначение. Для отображения выводов изоляции применяются однолинейные и многолинейные схемы, число линий в которых определяется числом выводов. Иногда для удобства чтения и понимания схем применяются смешанные рисунки, к примеру, изоляция статора описана развернуто, а изоляция ротора – в общем виде.