Визначення електричного кола має на увазі набір деяких об'єктів і пристроїв, між собою з'єднаних певним чином, які є шляхом для протікання електричного струму. Фізична величина, що характеризується відношенням заряду, який перетин провідника за час, до значення цього часового проміжку - це сила струму в ланцюзі.
Які бувають електричні ланцюги?
- генератор (джерела енергії);
- навантаження (енергоспоживачів);
- дроти.
Їх також поділяють на розгалужені і нерозгалужені, тобто прості, де висока напруга, яка до споживача від джерела енергії, не змінює значення. Іншими словами, його величина однакова на всіх елементах. Прикладом найпростішої ланцюга служить освітлення приміщення однієї лампою, де від джерела енергії тече струм через вимикач до лампи розжарювання і повертається назад до джерела.
Для розгалужених ланцюгів характерно одне або кілька відгалужень, тобто на своєму шляху розгалужується струм, що йде від джерела, і тече по гілках до незалежних споживачам, змінюючи своє значення.
Як приклад служити теж освітлення, але при наявності люстри, що складається не з однієї, а з декількох лампочок і багатоклавішні вимикача. Струм, дійшовши до вимикача від джерела, розділяється, щоб живити лампи. Потім, повертається за загальним для них проводу назад.
визначення гілки
Гілка - це один або більше елементів, які з'єднані послідовно.
Напруга вимірюють щодо землі, де його величина становить нуль. Струм тече з вузла, в якому напруга висока, до вузла з низьким.
Обчислити напругу в вузлі легко:
I1 - ток, поточний з 1 вузла до 2;
V1 - відоме напруга;
R1 - опір між цими вузлами;
V2 - шукане напруга.
Провівши певні дії, маємо - V2 = V1- (I1 * R1).
Так само визначається струм відгалуження, коли відомо напруга вузлів: I 1 = (V1-V2) / R1 або I 1+ I3 = I2. що означає, що вхідний струм вузла і виходить однакові
Нелинеен і лінійні ланцюги
У перших присутній мінімум один елемент, у якого існує залежність параметрів від струму, поточного по ним, і прикладається напруги.
У другому випадку, жодна характеристика складових ланцюг елементів, від виду струму, поточного по ним, і його величини не залежить. Крім цього, в самих ланцюгах розрізняють зовнішні частини і внутрішні.
До першої належить джерело електроенергії, а до зовнішньої - дроти, вмикачі і вимикачі, вимірювальні прилади, тобто все підключене до джерела за допомогою затискачів. Струм може текти виключно по замкнутому ланцюзі. Якщо ж в будь-якому місці виникає розрив, він припиняється.
Ланцюги ще бувають постійного струму, тобто в для яких не властива зміна напрямку струму (полярність джерел ЕРС постійна), і змінного, для яких характерна зміна в часі протікає струму.
У ланцюгах виступати джерелами живлення можуть бути: акумулятори, електромеханічні генератори і термоелектричні, фотоелементи та гальванічні. У них опір внутрішнє настільки мало, по відношенню до інших навантажень, що їм можна знехтувати.
Приймачами постійного струму служать освітлювальні прилади, електромотори, що перетворюють в механічну електричну енергію, і ін.
До обладнання допоміжному відносять:
- рубильник;
- прилади для вимірювання різних параметрів (вольтметри і амперметри);
- елементи захисту типу плавких запобіжників.
Для всіх електроприймачів важливі два параметра - напруга на їх затискачах і потужність. Елементи, що становлять електричний ланцюг, можуть бути активними, тобто індукують ЕРС (мотори, акумуляторні батареї) і пасивними (дроти, резистори, конденсатори, котушки індуктивності).
Ланцюг з активним опором і індуктивністю
Для ланцюга, що живиться від змінного струму, в яку включена котушка індуктивності, прийнято вважати, що активний опір її дорівнює нулю. Насправді і провід котушки, і сполучні мають, шлях і дуже маленьким, активним опором. Тому ланцюг буде споживати енергію.
Отже, визначаючи загальний опір кола, враховувати необхідно активне і реактивне опір. Однак, вони різняться за характером, тому звичайним способом їх складати неможливо. Використовувати потрібно метод геометричного складання, виглядає який наступним чином (малюнок нижче):
Потрібно побудувати трикутник, одна зі сторін якого дорівнює величині опору активного, а інша - індуктивного. Величина сумарного опору відповідає третій стороні, тобто гіпотенузи.
Вимірюється повне опір Омамі, а позначається «Z». З виконаного побудови зрозуміло, що воно (гіпотенуза) більше завжди, ніж взяті окремо величини активного і індуктивного (катетів).
У вигляді алгебраїчного виразу це виглядає так:
Z - повний опір;
Так виглядає залежність між опорами складових ланцюг елементів і повним.
Потужність ланцюга з котушкою індуктивності
Потужність, як відомо з програми середньої школи, цей твір струму і напруги, які є величинами змінними. Значить, змінною величиною в ланцюзі з активним опором і індуктивністю буде і потужність.
Її значення в певний момент можна обчислити, перемноживши значення струму і напруги в цей же момент. Проробивши ці дії для кожного тимчасового моменту, отримуємо графіки: а - для містить індуктивність ланцюга, б - активне:
Пунктирною кривою p показана потужність ланцюга змінного струму, яка складається з індуктивності. Для її побудови справедливо алгебраїчне множення: множення двох величин з однаковим знаком (два мінуси або два плюса) в результаті дають величину позитивну, а при множенні їх з різними знаками - негативну.
Для ланцюга, яка крім індуктивності містить резистор, графік потужності виглядає так:
Лінія потужності при цьому розташована осі часу. Чи означає це, що генератор з ланцюгом не обмінюється енергією, тому що віддається в ланцюг генератором потужність, ланцюгом споживається повністю.
Виходить, що при більшому зсуві фаз між струмом і напругою, менше потужності, споживана ланцюгом.
Потужність електричного струму
Струм, що йде від високого потенціалу до низького, здійснює роботу. Швидкість її здійснення називається потужністю струму в ланцюзі. Оскільки, силою струму називають кількість проходить протягом секунди через перетин ланцюга електрики, то потужність є величиною, що знаходиться в прямо пропорційній залежності від сили струму в ланцюзі з резистором і напруги (різниці потенціалів). Вимірюють її в Вт (ВАТ) і позначають «Р».
Якщо ж відомі лише опір і сила струму, її обчислюють за формулою:
Якщо відомими величинами є опір і напруга, її вираховують так: