Электроцепи

Классификация электрических цепей. Законы, действующие в электрических цепях

В электрических цепях действуют следующие законы: закон Ома, правила напряжений Кирхгофа, теорема Тевенина, правила токов Кирхгофа.

Закон Ома определяет связь между электродвижущей силой источника, сопротивлением проводника и силой тока, который протекает в проводнике. Математически закон Ома выглядит следующим образом:

$X = a / (b + l)$

где: Х — сила тока; а — электродвижущая сила; l – сопротивление внешней цепи; b – внутреннее сопротивление источника тока.

Первое правило токов Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов ветвей цепи, которые сходятся в каждом узле равна нулю. Согласно второму закону Кирхгофа, алгебраическая сумма напряжений на резисторах замкнутого контура цепи равна сумме электродвижущих сил, которые входят в его состав. Согласно теореме Тевенина любой источник эквивалентно может быть заменен на последовательно соединенные внутреннее сопротивление и идеальный источник напряжения.

Все электрические цепи могут классифицироваться по следующим признакам:

1. Тип пассивных элементов. Согласно данному признаку электрические цепи делятся на нелинейные и линейные. К линейным электрическим цепям относятся такие цепи, которые содержать линейные элементы, то есть элементы, параметры которых не зависят от направлений и значений токов в цепи. Если в составе цепи имеется хотя бы один нелинейный пассивный элемент, то такая цепь является уже нелинейной.
2. Род электрического тока. Согласно данному признаку электрические цепи делятся на цепи переменного и постоянного тока.
3. Способ соединения и количество источников. Согласно данному признаку электрические цепи делятся на простые и сложные. К простым электрическим сетям относятся разветвленные и неразветвленные цепи, имеющие единственный источник питания. Сложные цепи представляют собой разветвленные цепи с двумя и более источниками.
4. Число источников питания. Согласно данному признаку электрические цепи делятся на цепи с одним или несколькими источниками.
5. Способ соединения элементов. Согласно данному признаку электрические цепи делятся на неразветвленные и разветвленные цепи. Неразветвленной является такая цепь, через все элементы которой протекает один и тот же электрический ток. Разветвленная цепь представляет собой электрическую цепь со смешанным или параллельным соединением участков.

Состав электрической цепи

В составе электрической цепи выделяются:

1. Приемники электрической энергии.
2. Источники электрической энергии.

К первичным источникам электрической энергии относятся устройства, в которых осуществляется превращение неэлектрической энергии в электрическую, например, генераторы, микрофоны, гальванические элементы, солнечные батареи, аккумуляторы и т.п.). Приемники электроэнергии представляют собой устройства, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии или накапливается (двигатели, резисторы, громкоговорители, катушки индуктивности и т.п.). Во вторичных источниках энергии осуществляются различные преобразования электрического тока, например, повышение напряжения, превращение переменного тока в постоянный, понижение напряжения и т.п. Особенность данных устройств заключается в том, что по отношению к первичным источниками они являются приёмниками, однако, по отношению к другим элементам цепи — источниками.

По энергетическому критерию все составляющие электрической цепи делятся на пассивные и активные элементы. Активные элементы отдают электроэнергию в цепь, а пассивные элементы преобразовывают электрическую энергию в другие виды энергии или накапливают ее. Если в электрической цепи имеется хотя бы один активный элемент, то она считается активной. Электрическая цепь считается пассивной, в том случае, если все ее элементы накапливают или преобразовывают электрическую энергию, то есть являются пассивными.

Каждый элемент цепи может быть охарактеризован с количественной и качественной стороны. К качественным характеристиками относятся физические свойства, определяющие назначение и функцию элемента. С количественной стороны элемент характеризуется параметром.

Кроме основных элементов, в состав электрической цепи входят вспомогательные, такие как зажимы, переключатели, разъемы, соединительные проводники и т. п, которые еще называют элементами коммутации и соединений.