Електричні кола постійного струму

Електричні кола постійного струму - це зєднані між собою пристрої, які перетворюють, передають і розподіляють різні види енергії або інформації, яка передається у вигляді сигналів електричного характеру.

елементи ланцюга

Електричні кола постійного струму мають кілька основних елементів:

• Джерела живлення, які виробляють електричну енергію;
• Електричні приймачі;
• Спеціальні пристрої, які призначені для передачі електричної енергії.

Джерела живлення

Джерела живлення, які знаходяться в такому елементі, як електричні ланцюги постійного струму - це спеціальні пристрої, всередині яких трапляється переробка всіляких видів енергії, що надходить в електричну енергію. У спеціалізованих довідниках можна зустріти поняття електричної енергії під іншою назвою - електромагнітна енергія.

В ролі джерел живлення, як правило, використовуються:

• Генератори електричної енергії, які переробляють енергію механічного походження в електричну енергію;
• Акумулятори, які перетворюють енергію хімічного походження в електромагнітну енергію;
• Сонячні батареї і схожі з ними фотоелементи, основним завданням яких є переробка енергії світла і тепла, в ході чого утворюється електромагнітна енергія;
• Генератори магнітогідродинамічної типу, в яких проходить цілий ряд перетворень різної енергії, після чого зявляється і утримується електромагнітні імпульси;
• Реактори атомного дії, які вважаються найбільш економними, але нестійкими в плані збереження атомної енергії на довгий час. Такі реактори перетворюють енергію ядра в тепловий елемент, який згодом переробляється і виходить електромагнітний імпульс.

електричні приймачі

Електричні кола постійного струму оснащені електричними приймачами. Ці приймачі покликані переробляти електромагнітні імпульси в будь-які інші види енергії. приклад:

• Електричний двигун знаходить енергію механічного типу;
• Нагрівальні печі і прилади отримують енергію теплового типу;
• Спеціалізовані електролітичні прилади отримують хімічну енергію потрібної концентрації.

передавальні пристрої

Електричні кола постійного струму потребують окремих пристроях, які транспортуватимуть (передавати) електромагнітні імпульси від початкового шляху проходження (джерел) до кінцевого пункту (приймачів). Такими пристроями можна назвати:

• Провід;
• Мережі електропередачі;
• Високовольтні лінії передач.

Проводом вважається дріт, виконана з металу, яка може перебувати в гумовій ізоляції. Дріт виготовляють зі сталі, алюмінію або міді.

Електричне коло має своєрідний шлях, по якому транспортується електричну напругу. Такий шлях повинен бути ізольованим гумової або пластикової оболонкою на всьому своєму протязі.

Ізоляція дозволяє не допустити переходу електричного струму на будь-яку іншу відкриту поверхню, яка має електричну провідність. Крім того, ізоляція призначена для здійснення безпеки для людини, який може стикнутися з відкритим ділянкою електричного шляху.

Електричне коло, в цілому, а також всі її окремі компоненти мають електричним опором. Крім усього іншого, електричний ланцюг складається не тільки з основних елементів, які вже були розглянуті, а й деяких допоміжних пристроїв. До таких пристроїв можна віднести спеціальну апаратуру комунікаційного типу, яка служить для включення або відключення електричного обладнання.

Постійний струм

Наведемо невеликий приклад. Помістивши спеціальний провідник, що знаходиться в ізоляційній оболонці, в поле електричної енергії (Е), ми добємося того, що вільні електричні заряди q, які розташовані в даному провіднику, будуть перебувати під дією постійної сили F = qE.

При такому впливі сили F в використовуваному провіднику буде утворюватися непостійне переміщення всіх зарядів вільного типу. Завершиться дана дія тільки тоді, коли електричне поле, яке є у всіх вільних зарядів, що не зробить компенсацію основного електричного поля, в яке поміщений провідник. При всьому цьому, поле електростатичного енергії, яке знаходиться в самому провіднику, матиме значення рівне 0.

У деяких випадках в провіднику може утворитися постійне і організоване переміщення електричних носіїв. Відбутися це може тільки за певних умов. Таке переміщення заряджених носіїв і є постійний електричний струм. В якості основного напрямку електричного постійного струму приймається той напрямок, по якому рухаються заряджені заряди вільного типу. Для того, щоб в провіднику міг зберігатися електромагнітний імпульс, провідник повинен бути забезпечений своїм електричним і магнітним полем.

Мірою загальної кількості постійного електричного струму є певна сила електричного струму зі значенням I, яке трактується, як фізична скалярна величина. Дана величина дорівнює співвідношенню вільного заряду q, який переноситься крізь бокове перетин обраного провідника за певний часовий інтервал t. З цього можна вивести формулу.

Сила струму вимірюється в А, тобто амперах. Окрема одиниця такої сили визначається за певним магнітному співвідношенню двох різних провідників, які розташовані паралельно і мають свої заряджені частинки.

Створити електричний постійний струм можна тільки в такому колі, як замкнуте електричне коло, яка має циркулюють по одній траєкторії вільні заряди. З цієї причини електричний ланцюг має своєрідне магнітне поле, яке не може бути виміряна одиницею часу. Таким чином, можна сміливо стверджувати, що електромагнітне поле в даному колі є полем замороженого типу. Але, якщо перемістити заряджені частинки в магнітному полі по закритій або фіксованого траєкторії, то можна домогтися нульової роботи сили електричного струму.

З цієї причини, для того, щоб організувати постійний електричний струм, потрібно використовувати спеціальні пристрої, які будуть виробляти і зберігати різні потенціали в електричному ланцюзі.

Можливо це за допомогою впливу певної сили, яка не має ніякого відношення до магнітного поля. Називаються такі спеціальні пристрої - джерелами сили постійного електричного струму. Ті сили, які не мають прямого відношення до електромагнітного поля, мають назву сил стороннього походження.

Сили стороннього походження

Сили стороннього походження можуть виникнути з різних причин. Виникнення даних сил в акумуляторах відбувається при проведенні електричних і хімічних дій. У генераторних механізмах такі сили зявляються при переміщенні заряджених провідників по електромагнітному полю.

Електричне коло має свій власний джерело постійного струму, який виконує всі ті ж дії, що і звичайний насос, який потрібен для циркуляції рідини в системі гідравліки.

При впливі сил стороннього походження заряджені частинки здійснюють рух по електричного джерела протилежно силам магнітного поля. Від цього в електричному ланцюзі замкнутого типу безперервно підтримується електричний постійний струм.

Сили стороннього походження виробляють свою роботу тільки при русі заряджених частинок по електричному ланцюзі. Електрорушійна сила - це своєрідна величина фізичного походження, яка дорівнює співвідношенню роботи сил стороннього походження і фактичного значення електричного заряду. Позначити таке поняття можна цією формулою:

ЕРС = Е = А (ст) / q

З цього випливає, що електрорушійна сила стає певною тією роботою, яку виробляють сили стороннього походження, коли позитивно заряджена частинка здійснює своє пересування. Виміряти таку силу руху електрики можна за допомогою В, тобто вольтів.

При творі руху одиночного електричного заряду по електричному ланцюзі замкнутого типу робота сил стороннього походження прирівнюється до значення електрорушійної сили, яка працює безпосередньо в даній електричного кола.

В цьому випадку електромагнітне поле виробляє нульову роботу.

Ділянки електричного кола

Електричний ланцюг можна розділити на окремі ділянки. Іншими словами - це ті ділянки, які не піддаються дії сил стороннього походження. Такі ділянки електричного кола не мають своїх джерел постійного струму. Такі ділянки ланцюга називаються ділянками однорідного типу. А ось ті ділянки ланцюга, які мають у своєму розпорядженні такими джерелами, звуться ділянок неоднорідного типу.

Коли окремий електричний заряд рухається за певним ділянці електричного кола, проводиться робота не тільки електромагнітних сил, але і сили стороннього походження. Загальна робота даних сил в такому значенні:

U₁₂ = ₁ - ₂ + Е₁₂

резонанс

Резонанс в електричному ланцюзі - це певний явище, яке можна віднести до найбільш важливих властивостей будь електричного кола. Суть даного явища полягає в наявності опору резистивного типу в електричному ланцюзі, яка має елементи реактивного характеру.

Умовою для кожного двополюсного елемента при понятті резонансу можна вважати Im [Z] = 0 або Im [Y] = 0. Значення Y і Z - це фіксований опір і проводиться здатність двополюсного елемента.

З цього випливає, що поняття резонансу можна визначити окремими значеннями ланцюга електричного струму. Крім того, дане поняття абсолютно не залежить від стороннього впливу на ланцюг джерелами енергії електричного походження.

Для того, щоб визначити всі існуючі умови появи резонансу ланцюга електричної енергії, необхідно відшукати опір і проведену здатність ланцюга, а також вивести на 0 виділену частину електричного кола. Всі ті значення ланцюга електричної енергії, які будуть значитися в даному рівнянні, будуть безпосередньо впливати на отримане значення резонансу в ланцюзі електричного струму.

Ті ланцюга електричного струму, які мають підвищену кількість елементів реактивного типу, можуть привести до деяких складнощів, які спливуть при проведенні аналізу.

Для синтезу ланцюгів такі елементи ніколи не використовуються. З цього випливає, що домогтися однакового рішення для таких ланцюгів практично неможливо. Саме з цієї причини при практичній організації ланцюга досліджують тільки нескладні двополюсні елементи, які обєднуються в електричні ланцюги підвищеної складності з потрібними характеристиками.

двополюсні елементи

Найпростішими ланцюгами електричного струму, в яких трапляється явище резонансу, можна вважати паралельні і послідовні замикання резистора. Такі ланцюги електричного струму називаються резонансним контуром паралельного або послідовного типу.

Організовувати резистивное опір в контурі немає потреби. Але, при проведенні відповідного аналізу опором резистивного типу не варто забувати про провідництво опір.

При використанні послідовного контуру можна організувати явище резонансу за допомогою зміни значення індуктивності L (в тому випадку, якщо C і w мають непохитне значення), а також при здійсненні зміни загальної ємності зі значенням С (тільки в тих випадках, коли L і w не змінюють свого первинного значення).

Співвідношення таких елементів, як опір хвильового типу і резистивного типу (r / R = Q), носить назву контурної добротності. При цьому зворотна величина (D = 1 / Q) називається контурним загасанням. З цього випливає, що контурна добротність за своїм значенням прирівнюється до співвідношення напруги елемента реактивного типу і резисторного напруги.

Можливо це тільки при явищі резонансу. Контурна добротність може вимірюватися в десятках певних одиниць виміру. При цьому напруга на елементах реактивного типу буде перевищувати вхідну напругу в ту ж саму кількість разів.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!