Теорией электрических цепей считается комплекс наиболее общих закономерностей, что используется с целью описания процессов в электрических цепях.
Теория электроцепей основывается на двух постулатах:
- исходном предположении теории электрических цепей (подразумевает, что в любых электротехнических устройствах все процессы можно описать такими понятиями, как «напряжение» и «ток»);
- исходное допущение теории электроцепей (предполагает, что сила тока в какой-либо точке сечения проводника будет одной и той же, при этом напряжение между двумя взятыми точками пространства будет изменяться, согласно линейному закону).
Основные понятия в теории электрических цепей
Электрическая цепь состоит из:
- источников тока (генераторов);
- потребителей электромагнитной энергии (приемников).
Источником считается устройство, создающее токи и напряжения. В качестве такового могут выступать устройства, как аккумуляторы, генераторы, ориентированные на преобразование разных видов энергии (химической, тепловой и др.) в электрическую.
Приемником будет считаться устройство-потребитель или преобразователь электроэнергии в иные виды энергии (например, тепловую). К нагрузкам относят также передающие антенны, излучающие в пространство электромагнитную энергию.
В основе теории электроцепей положен принцип моделирования. При этом, реальные электрических цепи заменяют некоторой идеализированной моделью, которая складывается из взаимосвязанных элементов.
Под элементами при этом понимают идеализированные модели разных устройств, которым приписывают определенные электрические свойства с отображением с заданной точностью явлений, происходящих в реальных устройствах.
Пассивные элементы в теории электрической цепи
К пассивным элементам в теории электроцепи относят сопротивление, представляющее ее идеализированный элемент, который будет характеризовать преобразование электромагнитной энергии в какой-либо иной вид энергии, что подразумевает его обладание исключительно свойством необратимого рассеяния энергии. Модель, математически описывающая свойства сопротивления, определяется законом Ома:
$u=Ri$
$i=Gu$.
Здесь $R$ и $G$− это параметры участка цепи, которые называются сопротивление и проводимость соответственно.
Мгновенная мощность, которая поступает в сопротивление:
$PR=ui$
Реальный элемент, по своим свойствам приближающийся к сопротивлению, называют резистором.
Индуктивностью считается идеализированный элемент электроцепи, характеризующий энергию магнитного поля, запасенную в сети. Емкостью считается идеализированный элемент электроцепи, характеризующий энергию электрического поля.
Активные элементы в теории электрической цепи
К активным элементам в теории электроцепи относят источник ЭДС. В качестве идеализированного источника тока, или генератора тока, выступает источник энергии, ток которого не будет зависимым от напряжения на его зажимах.
В случае неограниченного увеличения сопротивления цепи, подсоединенной к идеальному источнику электротока, развиваемая им мощность и соответственно, напряжение на его зажимах также будут неограниченно возрастать. Источник тока конечной мощности изображают в формате идеального источника с параллельным подключением внутреннего сопротивления.
Важное значение имеет то, что входные зажимы источников, которые управляются напряжением, разомкнуты, а у источников, управляемых током, соединенные накоротко.
Различают 4 вида зависимых источников:
- источник напряжения, который управляется напряжением (ИНУН);
- источник напряжения, который управляется током (ИНУТ);
- источник тока, управляемый напряжением (ИТУН);
- источник тока, который управляется током (ИТУТ).
В ИНУН входное сопротивление будет бесконечно большим, а выходное напряжение связывают с входным равенством $U_2=HUU_1$, где $HU$−коэффициент передачи по напряжению. ИНУН считается идеальным усилителем напряжения.
В ИНУТ входным током управляет выходное напряжение $U_2$, входная проводимость при этом бесконечно велика:
$U_1=0$
$U_2=HZI_1$
Где $HZ$−передаточное сопротивление.
В ИТУН выходной ток $I_2$ управляется соответственно входным напряжением $U_1$, причем $I_1=0$ и ток $I_2$ связан с $U_1$ равенством $I_2=HYU_1$, где $HY$−передаточная проводимость.
В ИТУТ управляющим током выступает $I_1$, а управляемым $I_2$. $U_1=0$, $I_2=HiI_1$, где $Hi$−коэффициент передачи по току. ИТУТ представляет идеальный усилитель тока.
