В описании протекающих в электрической цепи процессов активно используются такие понятия, как ток, электрическое сопротивление, напряжение. Каждое из них имеет свои индивидуальные характеристики и выполняет определенную роль в электротехнике.
Электрический ток
При рассмотрении напряжения электрической цепи первоочередным является определение такого понятия, как электрический ток. Электроток характеризует заряженные частицы, пребывающие в одном из проводников в упорядоченном движении.
Для появления электротока будет предварительно сформировано электрическое поле, определенным образом воздействующее на заряженные частицы, приводя их в движение. Появление зарядов наблюдается при этом исключительно в случае тесных контактов разных веществ между собой.
Электроток, представляющий собой упорядоченное движение свободных зарядов, будет характеризоваться силой тока, равнозначной количеству зарядов, за единицу времени проходящих сквозь поперечное сечение проводника. Если за время $dt$ будет перенесен некоторый заряд $dq=dq+dq$ по сечению провода, ток будет определяться формулой:
$i=\frac{dq}{dt}=\frac{q}{t}$
Электрозаряды, согласно характеру своих проявлений, бывают:
- положительные;
- отрицательные.
Ток в теле, которое наэлектризовали, будет впоследствии существовать достаточно непродолжительное время, что обусловлено постепенным угасанием электрозаряда непроизвольным образом. Чтобы продлить существования тока в проводнике нужно будет обеспечить постоянную поддержку в нем электрического поля.
Напряжение в электроцепи представляет собой одну из базовых характеристик электротока. Током в физике называется упорядоченное перемещение электронов (т.е. заряженных частиц). Поле, формирующее такое перемещение, будет осуществлять определенные действия. Чем большее количество таких зарядов переместится за 1 секунду в цепи, тем больше работы выполнит тогда электрическое поле.
Напряжение в электрической цепи
Чтобы появилось напряжение, понадобится источник тока. В ситуации с наличием разомкнутой цепи напряжение будет присутствовать исключительно на клеммах источника. После включения источника в цепь, ее отдельные участки будут отмечены появлением напряжения и тока. Напряжение можно измерять вольтметром, включенным параллельно в электрическую цепь.
Электрический потенциал $ф$ выражен в формуле отношением энергии (работы) $Э$ электрического поля к единичному заряду $q_0$ (малый заряд без искажения поля после внесения. Формула будет такой: $dф=\frac{dЭ}{dq_0}=\frac{Э}{q_0}$
Электрическое напряжение считается разностью потенциалов между двумя точками электрополя (например, 1 и 2), что выражается формулами:
$U_12=ф_1-ф_2=\frac{dЭ_1}{q_0}-\frac{dЭ_2}{q_0}=\frac{dЭ_12}{q_0}$
$U_12=\frac{Э_12}{q_0}$
$U_21=-\frac{Э_12}{q_0}$
Электрическое сопротивление в цепи
Электрическое сопротивление считается в физике определяющей величиной непосредственно для силы тока, который течет по цепи при заданном напряжении. Под электрическим сопротивлением $R$ понимают отношение напряжения, появившегося на концах проводника, к силе тока, текущей по проводнику.
$R=\frac{U}{I}$. где:
- $R$- электрическое сопротивление проводника;
- $U$ будет напряжением;
- $I$ силой тока
Для расчетов напряжений и токов, проходящих через элементы электроцепи, должен быть известным показатель общего сопротивления. Существуют источники энергии таких разновидностей: постоянный ток (в виде аккумуляторов, выпрямителей, батареек) и переменный ток (в формате бытовых и промышленных сетей). ЭДС в первом случае не изменяется со временем, во втором же она будет меняться на базе синусоидального закона с определенной частотой.
Существование сопротивления нагрузки известно в двух вариантах: реактивном и активном. В случае с активным сопротивлением $R$, оно не будет зависимым от частоты сети (ток изменяется синхронно с напряжением). Реактивное сопротивление делится на индуктивное и емкостное.
В качестве отличительной черты у реактивной нагрузки отмечают факт присутствия опережения или отставания электротока от напряжения. В емкостной нагрузке ток будет опережающим для напряжения, а вот в индуктивной – наоборот, - отстающим.
На практике это больше напоминает ситуацию с разряженным конденсатором, если его подключить к источнику постоянного тока и при этом подключении фиксировать максимальный объем тока, поступающего через него. Напряжение при этом минимальное.
Со временем будет наблюдаться сокращение количества тока, а напряжение при этом возрастет до заряда конденсатора. Если конденсатор подключается к источнику переменного тока, наблюдаем его постоянную перезарядку с частотой сети. Ток при этом будет опережать напряжение по темпам своего увеличения.
