Что такое электрическая цепь

Электрическая цепь

Электри́ческая цепь  — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой (рисунок 1).

Содержание

Классификация электрических цепей

Неразветвленные и разветвленные электрические цепи

Электрические цепи подразделяют на неразветвленные и разветвленные. На рисунке 1 представлена схема простейшей неразветвленной цепи. Во всех элементах ее течет один и тот же ток. Простейшая разветвленная цепь изображена на рисунке 2. В ней имеются три ветви и два узла. В каждой ветви течет свой ток. Ветвь можно определить как участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами (через которые течет одинаковый ток) и заключенный между двумя узлами. В свою очередь узел есть точка цепи, в которой сходятся не менее трех ветвей. Если в месте пересечения двух линий на электрической схеме поставлена точка (рисунок 2), то в этом месте есть электрическое соединение двух линий, в противном случае его нет. Узел, в котором сходятся две ветви, одна из которых является продолжением другой, называют устранимым или вырожденным узлом

Линейные и нелинейные электрические цепи

Линейной электрической цепью называют такую цепь, все компоненты которой линейны. 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 индуктивности. Если цепь содержит отличные от перечисленных компоненты, то она называется нелинейной.

Изображение электрической цепи с помощью условных обозначений называют электрической схемой. Функция зависимости тока, протекающего по двухполюсному компоненту от напряжения на этом компоненте называют вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Часто ВАХ изображают графически в декартовых координатах. При этом по оси абсцисс на графике обычно откладывают напряжение, а по оси ординат — ток.

В частности, омические резисторы, ВАХ которых описывается линейной функцией и на графике ВАХ являются прямыми линиями, называют линейными.

Примерами линейных (как правило, в очень хорошем приближении) цепей являются цепи, содержащие только резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности без ферромагнитных сердечников.

Некоторые нелинейные цепи можно приближенно описывать как линейные, если изменение приращений токов или напряжений на компоненте мало, при этом нелинейная ВАХ такого компонента заменяется линейной (касательной к ВАХ в рабочей точке). Этот подход называют «линеаризацией». При этом к цепи может быть прменён мощный математический аппарат анализа линейных цепей. Примерами таких нелинейных цепей, анализируемых как линейные относятся практически любые электронные устройства, работающие в линейном режиме и содержащие нелинейные активные и пассивные компоненты (усилители, генераторы и др.).

Что называют электрической цепью, из чего она состоит

Электричество — это энергия, которая может быть преобразована в свет, звук, тепло, радиоволны, электромагнитные поля и различные механические движения. Происходит это при помощи электроцепей.

Что такое электрические цепи

В XXI веке жизнь человека невозможно представить без электроэнергии и всего того, что она дает. Любая техника (компьютер, телефон, духовой шкаф) работает благодаря электронным схемам и электроцепям, по которым проходит ток, создавая нужной величины силу (I) и напряжение (U).

Электрическая цепь — это совокупность устройств и компонентов, функцией которой является передача электротока одними приборами и получение его другими.

Электрический ток может быть передан только при условии замкнутой электроцепи. При разрыве соединения его подача прекращается.

Любая электроцепь в обязательном порядке состоит из следующих элементов, которые считаются основными:

• источник электротока (может быть не один);
• приемник электроэнергии (может быть несколько);
• соединительные провода, которые передают ток.

Источником питания в электроцепи может быть аккумулятор, генератор, фотоэлемент и др. Этот компонент характеризуется небольшим внутренним сопротивлением (R), в отличие от других элементов, входящих в цепь. Приемниками тока могут выступать обогреватели, электролампы, электродвигатели, бытовая техника и др. Для характеристики этих устройств используют специальные параметры: мощность и напряжение. Передача электроэнергии осуществляется по медным и алюминиевым проводам, которые обеспечивают хорошую проводимость тока.

Виды электрических цепей

Существует несколько классификаций электроцепей.

По составляющим частям, они делятся на:

• внутренние;
• внешние.

Единственной составляющей внутренней части электроцепи является источник питания. К внешнему участку относятся приемник, провода и другие устройства, включенные в электросхему.

По способу соединения цепи бывают:

• последовательные (неразветвленные);
• параллельные (разветвленные);
• комбинированные (смешанные).

При последовательном соединении все элементы подключаются друг за другом в определенной последовательности. Такая электроцепь является неразветвленной, на каждом ее участке сила тока имеет одно и то же значение. Ярким примером последовательного подключения может служить новогодняя гирлянда.

Для последовательного соединения электроцепи характерны следующие закономерности:

Где I — общая сила тока в цепи, I1 — сила тока на первом участке, I2 — сила тока на втором участке.

Где U — общее напряжение в цепи, U1 — напряжение на первом участке, U2 — напряжение на втором участке.

Где R — общее сопротивление в цепи, R1 — сопротивление на первом участке, R2 — сопротивление на втором участке.

При параллельном соединении проводников получается разветвленная электроцепь. Она состоит как минимум из 3-х ветвей и 2-х узлов (расшифровку определений смотрите ниже), и на каждом ее участке течет свой электрический ток. С параллельным подключением приборов мы ежедневно сталкиваемся в собственном доме, одновременно включая свет в комнате, телевизор, микроволновку и т.п.

Ветвь — это участок электроцепи, для которого характерно одно и то же значение тока.

Узел — это точка соединения всех ветвей электроцепи.

Для параллельного соединения электроцепи действительны следующие формулы:

Где I — общая сила тока в цепи, I1 — сила тока на первом участке, I2 — сила тока на втором участке.

Где U — общее напряжение в цепи, U1 — напряжение на первом участке, U2 — напряжение на втором участке.

Где R — общее сопротивление в цепи, R1 — сопротивление на первом участке, R2 — сопротивление на втором участке.

Комбинированное — представляет собой сочетание двух вышеописанных видов соединений между компонентами.

Состав электрической цепи

Мы уже разобрали, что составными компонентами простейшей электроцепи являются источник и приемник тока, а также соединительные элементы между ними. Также в электроцепь может подключаться различное вспомогательное оборудование:

• приборы для активации и дезактивации электроцепи;
• устройства для измерения силы электротока и напряжения;
• предохранители и другие элементы защиты.

Все элементы, составляющие электроцепь, делятся на:

• активные;
• пассивные.

Активные элементы вызывают электродвижущую силу в цепи, это электродвигатели, элементы питания, аккумуляторы и т. п. Все остальные компоненты, входящие в электросхему, считаются пассивными. Полярность пассивных элементов согласована с направлением электротока (от «+» к «-»), в то время как полярность активных может быть несогласованной.

Все устройства электроцепи в зависимости от вольт-амперной характеристики делятся на линейные и нелинейные.

1. Линейными считают те элементы в цепи, сопротивление которых постоянно и не зависит от значений электротока и напряжения. ВАХ в этом случае представляет собой на графике прямую линию.
2. Нелинейными называются те элементы, у которых сопротивление непостоянно и зависит от значений тока или напряжения. В этом случае ВАХ на графике изображена нелинейной линией.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ)— это взаимная зависимость силы электрического тока от напряжения (касательно одного элемента электроцепи).

Условные обозначения элементов электрической цепи

На бумаге электрические цепи изображают в виде схем с использованием специальных символов, обозначающих элементы электроцепи.

Режимы электрической цепи

Выделяют 4 режима работы электроцепи, зависящих от типа нагрузки:

1. Номинальный. В этом режиме все устройства работают в условиях, которые были установлены изготовителем.
2. Согласованный. В таком режиме происходит передача максимальной энергии к приемнику и достигается значение максимальной мощности.
3. Режим холостого хода. Так называют режим функционирования электроцепи, который возникает при разрыве соединения или отключении нагрузки.
4. Режим короткого замыкания. Это аварийный режим, который возникает в ходе соединения между собой без сопротивления элементов электроцепи, между которыми есть напряжение.

Если у вас в учебе зреет аварийная ситуация, смело обращайтесь за помощью к образовательному сервису Феникс.Хелп.

Электрическая цепь

ЭЦ – совокупность приборов и устройств, процессы в которых могут быть описаны при помощи понятий (ЭДС, сопротивление, напряжение и ток).

Элемент электрической цепи.

Элементы электрической цепи – отдельное устройство или прибор, входящие в состав ЭЦ и выполняющий определенные функции. Все элементы электрической цепи принципиально делятся на источники и приемники.

Условные обозначения: источник ЭДС ; источник тока ; гальванический элемент, аккумулятор ; резистор ; ротор или якорь машин постоянного тока ; лампа накаливания ; соединение проводов ; пересечение проводов ; выключатель – ключ ; амперметр ; вольтметр ; ваттметр

Источники электрической энергии.

Источники электрической энергии – элементы, в которых различные виды энергии преобразуются в электрическую (к ним относятся: генераторы (механическая в электрическую); термопары (тепловая энергия в электрическую); солнечные батареи (световая в электрическую); аккумуляторы и гальванический элемент (химическая в электрическую)).

Приемники электрической энергии.

Потребители (приемники) электрической энергии — элементы электрической цепи, в которых электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии (к ним относятся: двигатель (электрическая в механическую энергию); гальванические ванны (в химические связи); нагреватели (в тепловую энергию); лампы ( световая энергия)).

Монтажная схема электрической цепи.

Принципиальная схема электрической цепи.

Принципиальная схема – на ней показываются условные графические изображения элементов и схему их соединений.

Схема замещения электрической цепи.

Схема замещения – расчетная модель электрической цепи, на которой элементы замещаются идеализированными элементами без вспомогательных элементов, не влияющих на результаты расчетов.

Топология электрической цепи. Узел, ветвь, контур эл.Цепи(определение).

Топологические (геометрические) свойства электрической цепи не зависят от типа и свойств элементов, из которых состоит ветвь. Поэтому целесообразно каждую ветвь схемы электрической цепи изобразить отрезком линии.

Узел— место соединения трех и более ветвей.

Ветвь— участок цепи, обтекаемый одним и тем же током

Контур— амкнутый путь, в котором один из узлов является начальным и конечным узлом пути.

4. Классификация электрических цепей по роду тока.

1 . цепи постоянного тока (ток, не меняющ. во времени), 2. цепи переменного тока (синусоидально-измененяющийся ток).

Л инейные электрические цепи.

Линейные – ЭЦ, сопротивление каждого эл-та кот. не зависит ни от тока, ни от напряжения.

Н елинейные электрические цепи.

Нелинейные – если хотя бы один эл-т в цепи имеет сопрот-е, зависящее или от тока или от напряж-я.

Простые электрические цепи.

Простые — цепь, в котором все эл-ты цепи соединен послед-но

Сложные электрические цепи.

Сложные – цепи с разветвлением (кроме последовательных присутствуют др.элементы соединения).

Электрическая цепь и её составные части

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Электрическая цепь и её составные части»

Мы уже выяснили, что для использования электроэнергии нужны такие вещи, как источник тока, проводники, приборы и т.д. Для того, чтобы все эти вещи взаимодействовали, нужно построить электрическую цепь, с помощью которой энергия будет доставляться потребителям от источника тока. Для соединения источника с потребителем нужны провода. Кроме того, потребитель должен иметь возможность выбирать, когда именно он хочет использовать электроэнергию, поэтому существуют выключатели и рубильники. Итак, чтобы в цепи был ток, она должна быть замкнутой, т.е. состоять только из проводников, с помощью которых соединены источник тока, приёмник и другие элементы цепи.

Для того, чтобы можно было быстро и понятно нарисовать схему электрической цепи, люди придумали условные обозначения для каждого элемента цепи. На этом уроке мы рассмотрим обозначения для самых простых элементов цепи, а по мере изучения новых составных частей мы введём соответствующие обозначения.

Простейшая электрическая цепь включает в себя источник, лампочку и выключатель. Схематически эта цепь выглядит следующим образом:

Все прекрасно знают, что если непрерывно нажимать на выключатель, то можно заставить лампочку мигать. Теперь мы знаем, что именно происходит при нажатии на выключатель: электрическая цепь размыкается, в результате чего ток перестаёт проходить через лампочку, и она гаснет.

Задача 1. В цепи есть две лампочки и один выключатель. Можно ли заставить одну из лампочек гореть, а одну — не гореть?

Нет, потому что выключатель либо замыкает, либо размыкает цепь. Поэтому, ток либо пройдёт через обе лампочки, либо не пройдет ни через одну из них.

Задача 2. Какую нужно построить цепь, с двумя лампочками, чтобы можно было не зажигать ни одну из них, зажечь только одну или зажечь обе?

Из предыдущей задачи мы уже убедились, что в цепи должно быть два выключателя: первый для размыкания всей цепи, а второй — для выключения из сети одной из лампочек.

Задача 3. На рисунке указана цепь с тремя лампочками. Можно ли сделать так, чтобы только две из них горело?

Конечно, нет. На рисунке не указан источник тока, а без него ни одна из лампочек не загорится. Указанная схема соответствует тому, что к лампочкам подключены провода и выключатели.