Рис. 2.1

энергии. Источники электрической энергии преобразуют химическую, механическую и другие виды энергии в электрическую. Источник электрической энергии характеризуется значением и направлением ЭДС, а также значением внутреннего сопротивления.

Постоянный ток принято обозначать буквой /, ЭДС источника- £, сопротивление - R, проводимость - g. В Международной системе единиц (СИ) единица тока - ампер (А), единица ЭДС - вольт(В), единица сопротивления - ом (Ом), единица проводимости - Сименс (См).

Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой (рис. 2.1, а).

Зависимость тока, протекающего по сопротивлению, от напряжения на этом сопротивлении называют вольт-амперной характеристикой (ВАХ). По оси абсцисс на графике обычно откладывают напряжение, а по оси ординат - ток.

Сопротивления, ВАХ которых являются прямыми линиями (рис. 2.1, б), называют линейными, электрические цепи только с линейными сопротивлениями - линейными электрическими цепями.

Сопротивления, ВАХ которых не являются прямыми линиями (рис. 2.1, в), т. е. они нелинейны, называют нелинейными, а электрические цепи с нелинейными сопротивлениями-нелинейными электрическими цепями.

§ 2.2. Источник ЭДС и источник тока. Источник электрической энергии характеризуется ЭДС Е и внутренним сопротивлением R. Если через него под действием ЭДС Е протекает ток /, то напряжение на его зажимах U = Е - 7/? при увеличении / уменьшается. Зависимость напряжения U на зажимах реального источника от тока / изображена на рис. 2.2, а.

Обозначим через - масштаб по оси U, через т, - масштаб по оси /. Тогда для произвольной точки на характеристике рис. 2.2, а abmj - !R, bcm, = I; tga = ab/bc = Rm,/mu. Следовательно, tga пропорционален R. Рассмотрим два крайних случая.

1. Если у некоторого источника внутреннее сопротивление

= О, то ВАХ его будет прямой линией (рис. 2.2, б). Такой характеристикой обладает идеализированный источник питания, назы-

Рис. 2.2

ваемый источником ЭДС. Следовательно, источник ЭДС представляет собой такой идеализированный источник питания, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока /) и равно ЭДС Е, а внутреннее сопротивление равно нулю.

2. Если у некоторого источника беспредельно увеличивать ЭДС Е и внутреннее сопротивление R, то точка с (рис. 2.2, а) отодвигается по оси абсцисс в бесконечность, а угол а стремится к 90 ° (рис. 2.2, в). Такой источник питания называют источником тока.

Следовательно, источник тока представляет собой идеализированный источник питания, который создает ток J - 1,не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединен, а его ЭДС

и внутреннее сопротивление R. равны бесконечности. Отношение двух бесконечно больших величин £„ ?„ равно конечной величине - току J источника тока.

При расчете и анализе электрических цепей реальный источник электрической энергии с конечным значением R заменяют расчет ным эквивалентом. В качестве эквивалента может быть взят:

а) источник ЭДС Е с последовательно включенным сопротивлением равным внутреннему сопротивлению реального источника (рис. 2.3, а; стрелка в кружке указывает направление возрастания потенциала внутри источника ЭДС);

б) источник тока с током J = E/Rn параллельно с ним включенным сопротивлением R (рис. 2.3, б; стрелка в кружке указывает положительное направление тока источника тока).

Ток в нагрузке (в сопротивлении /?) для схем рис. 2.3, а, б одина.-ков: / =E/{R -f/?j, т. е. равен току в схеме рис. 2.1, а. Для схемц рис. 2.3, а это следует из того, что при последовательном соединении значения сопротивлений R и R складываются. В схеме рис. 2.3, б

ток J = E/R распределяется обратно пропорционально значениям сопротивлений R а R двух параллельных ветвей. Ток в нагрузке R

Рис. 2.3

Рис. 2.4

Каким из двух расчетных эквивалентов пользоваться, совершенно безразлично. В дальнейшем используется в основном первый эквивалент.

Обратим внимание на следующее:

1)источникЭДСи источниктока - идеализированные источники, физически осуществить которые, строго говоря, невозможно;

2) схема рис. 2.3, б эквивалента схеме рис. 2.3, а в отношении энергии, выделяющейся в сопротивлении нагрузки и не эквивалентна ей в отношении энергии, выделяющейся во внутреннем сопротивлении источника питания 7?;

3) идеальный источник ЭДС без последовательно соединенного с ним нельзя заменить идеальным источником тока.

На примере схемы рис. 2.3 осуществим эквивалентный переход от схемы с источником тока к схеме с источником ЭДС. В схеме рис. 2.3, б источник тока дает ток / = 50 А. Шунтирующее его сопротивление R = 2 Ом. Найти ЭДС эквивалентного источника ЭДС в схеме рис. 2.3, а.

ЭДС Е - JR = 100 В. Следовательно, параметры эквивалентной схемы рис. 2.3, а таковы: Е = 100 В, 7? = 2 Ом.

§ 2.3. Неразветвленные и разветвленные электрические цепи.

Электрические цепи подразделяют на неразветвленные и разветвленные. На рис. 2.1, а представлена схема простейшей неразветв-ленной цепи. Во всех элементах ее течет один и тот же ток. Простейшая разветвленная цепь изображена на рис. 2.4, а\ 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 - это точка цепи, в которой сходятся не менее трех ветвей. Если в месте пересечения двух линий на электрической схеме поставлена точка (рис. 2.4, б), то в этом месте есть электрическое соединение двух линий, в противном случае (рис. 2.4, в) его нет.