При описании протекающих в электроцепи процессов в электротехнике применяют такие понятия, как сопротивление, напряжение и ток. Каждому из этих понятий свойственны свои специфические характеристики, и они имеют соответствующее назначение.
Обязательным для протекания зарядов требованием считается наличие цепи (замкнутого контура, обеспечивающего все необходимые условия для их передвижения). При формировании разрыва внутри движущихся частиц их направленное перемещение резко прекращается.
По такому принципу работают все типы выключателей и используемые в электрике защиты. Они осуществляют разделение между собой за счет подвижных контактов токопроводящих частей. Это действие и способствует прерыванию процесса протекания электрического тока после отключения электроприбора.
Понятие электрического напряжения в физике
Электрическим током в физике считается направленное перемещение заряженных частиц, создаваемое электрополем, совершающим при этом определенную работу.
Работа создающего ток электрополя называется работой тока ($A$). Такая работа может на разных участках цепи отличаться, однако при этом она будет пропорциональной проходящему через него заряду.
Физической величиной работы тока на конкретном участке при перемещении по нему заряда 1 Кл считается электрическое напряжение ($U$).
Для определения напряжения на отдельно взятом участке существует следующая формула:
$U =\frac{A}{q}$, где:
- $A$ - работа тока,
- $q$ - прошедший по участку заряд.
Возникновение тока в электрической цепи
Электрическую цепь характеризует комплекс устройств, обеспечивающих путь для протекающего электрического тока и соединенных определенным образом. В качестве элементов электроцепи служат: нагрузка, проводники и источник тока. В составе электрической цепи могут быть и другие элементы, как, например, устройства защиты и коммутации.
Необходимым условием возникновения тока будет соединение двух точек, у одной из которых очень много электронов в отличие от другой. Иными словами, потребуется образование разности потенциалов между указанными точками. С этой целью в цепи используется источник тока. Таким источником могут служить устройства в виде генераторов, батарей, химических элементов и др.
В качестве нагрузки в электроцепи выступает абсолютно любой потребитель электроэнергии. Нагрузка способна оказывать сопротивление электрическому току. От величины такого сопротивления будет зависеть величина тока. Ток течет по проводникам от источника тока к нагрузке. Проводниками, в свою очередь, служат материалы, имеющие наименьшее сопротивление, такие, как золото, серебро, медь.
Типы соединения элементов в электрической цепи
В электротехнике, в зависимости от типа соединения элементов электроцепи, существуют такие виды электрических цепей:
- последовательная;
- параллельная электрическая цепь;
- последовательно-параллельная.
В электрической цепи последовательного типа соединении все элементы соединены друг с другом последовательно. Это означает, что конец первого элемента соединяется с началом второго и т.д.
Для тока такое соединение элементов дает только один путь протекания от источника к нагрузке. Общий ток цепи при этом будет равен току, который проходит через каждый элемент цепи:
$I_{общ} = I_1=I_2=I_3$
При падающем напряжении вдоль всей цепи оно будет равняться приложенному к рассматриваемому участку (AB) напряжению $E$ и сумме падений напряжений на всех участках электроцепи (резисторах). Это выражает следующая формула:
$E=U(A-B)=U_1+U_2+U_3$
Элементы в параллельной электрической цепи соединены так, что начало каждого из них соединяется в одну общую точку, а концы при этом - в другую.
Для тока в этом случае существует несколько путей протекания к нагрузкам от источника. При этом общий ток цепи $I_{общ}$ получен посредством формулы:
$I_{общ}=I_1+I_2+I_3$
Падение напряжения на всех резисторах выражает следующая формула: $E=U_1=U_2=U_3$
Последовательно-параллельная электроцепь представляет комбинацию цепи последовательного и параллельного типа соединения. Другими словами, ее элементы могут включаться, как последовательным, так и параллельным образом.
Электрическое напряжение в цепях постоянного, переменного и трехфазного тока
Напряжением в цепи постоянного тока на участке между точками A и B считается совершаемая электрическим полем работа в момент переноса пробного положительного заряда из первой точки во вторую.
При описании цепей переменного тока используют такие виды напряжений: мгновенное, амплитудное, среднее, среднеквадратичное.
Мгновенное напряжение представляет разность потенциалов двух точек, которая была измерена в конкретный момент времени. Данный вид напряжения будет зависеть от времени.
Амплитудным считается максимальное по модулю значение мгновенного напряжения, взятое за весь период колебаний:
$U_M=\max(u(t))$
В цепях трехфазного тока существует напряжение фазного и линейного типа. Под фазным понимается среднеквадратичное значение напряжения на каждой отдельной фазе нагрузки. Линейным считается напряжение между подводящими фазными проводами. Если нагрузка соединяется в треугольник, фазное и линейное напряжение будут равны.
