Что такое электрическая цепь

Современный мир и нашу повседневную жизнь невозможно представить без электричества. Поэтому изучение понятий, что такое электрические и магнитные цепи необходимо для понимания того, как электроэнергия передается и распределяется, а также для разработки более эффективных и устойчивых электрических систем.

Определение цепи

Основные понятия

Электрической цепью называют систему электрических элементов, соединенных таким образом, что они формируют замкнутый контур, способный пропускать ток. Каждый из этих элементов выполняет свою уникальную роль в передаче и преобразовании энергии.

Простейшая электрическая цепь состоит из источника тока, приемника и соединительных проводников. Электрическая реальная цепь включает в себя множество элементов и вспомогательных устройств, имеющих разное назначение:

• Источники энергии предоставляют потенциал для движения электротока.
• Резисторы ограничивают ток, преобразуя часть энергии в тепло.
• Конденсаторы накапливают и хранят энергию в виде электрического поля.
• Индуктивности преобразуют электроэнергию в магнитное поле.

В электроцепях используют активные и пассивные элементы. К первым относятся те, которые индуцируют ЭДС. Электродвигатели, источники тока, аккумуляторы — это активные элементы. Электроприемники и соединительные провода — это пассивные элементы электрической цепи.

Структура электроцепи

Классификация цепей

В зависимости от вида используемого тока выделяют электрические цепи постоянного тока и переменного. Самыми распространенными являются цепи переменного тока, изменяющегося по синусоидальному закону. Они в свою очередь делятся на однофазные и трехфазные.

Исходя из назначения, выделяют такие виды электрических цепей, как:

• Силовые. С их помощью ток поступает к потребителям.
• Управления. Предназначение таких цепей — приведение в действие или изменение параметров работы электроустройств.
• Измерения. Даже самая простая измерительная электрическая цепь используется для фиксации тех изменений, которые возникают в процессе функционирования электрооборудования.

Различают неразветвленные и разветвленные электрические цепи. Последние представляют собой конфигурацию, при которой цепь разделяется на несколько ветвей, соединенных в узлах. Контур самой простой электрической цепи представляет собой замкнутый путь, по которому происходит циркуляция тока. Участок цепи — это часть соединения между двумя узлами. Эффективное взаимодействие участков обеспечивает нормальное функционирование и передачу энергии.

Составляющие электроцепи

В зависимости от типа соединений цепи могут быть последовательного, параллельного и смешанного типа. При последовательном расположении компонентов ток остается постоянным, а напряжение распределяется между активными элементами. Параллельная схема состоит из модулей, соединенных параллельно. Ток разделяется между элементами, а напряжение остается постоянным.

Виды соединения элементов

Что называется электрической схемой

Схема электрической цепи — это графическое ее изображение с помощью условных обозначений (символов) используемых элементов. Провода между компонентами схемы показываются в виде прямолинейных соединений, а узлы изображаются жирными точками. Рядом с символами элементов указываются их параметры, например, сопротивление резистора, емкость конденсатора и тому подобное Схема электрической цепи показывает, из каких элементов состоит каждая ее ветвь и как эти элементы соединяются между собой.

Электроцепь и ее схематическое изображение

Основы расчета

При расчете используют основные законы электрических цепей. Это, прежде всего, законы Ома, Ампера и Кирхгофа:

• Закон Ома связывает напряжение, ток и сопротивление.
  

  Суть закона Ома
• Первый закон Кирхгофа или закон тока позволяет определить сумму токов, поступающих в узел и выходящих из него.
  

  Формулировка первого кирхофского закона
• Второй закон или закон напряжений.
  

  Формулировка второго кирхгофского закона
• Закону Ампера подчиняется магнитная цепь или магнитное поле, возникающее вокруг проводника с током.
  

  Суть закона Ампера

Расчет всех электрических цепей заключается в использовании существующих алгоритмов, позволяющих определять необходимые показатели. Основные параметры для расчета электрической цепи:

• Сопротивление (R) определяет степень сопротивления части электроцепи или всех ее элементов протеканию тока.
• Напряжение (U) показывает разницу потенциалов между двумя точками соединения.
• Ток (I) определяет интенсивность потока частиц с зарядом.
• Мощность (P) позволяет рассчитать количество энергии, потребляемой или производимой соединением.

Рабочие  режимы

Режимы работы любой электрической цепи, как и ее отдельных элементов, зависят от значений тока и напряжения. Поскольку эти параметры могут иметь любое значение, то и рабочих режимов может быть множество. Наиболее характерные — это номинальный и согласованный, а также режимы холостого хода (х. х) и короткого замыкания (к. з).

Режим является номинальным, если все элементы цепи работают с номинальными параметрами. При согласовании (определенном соотношении) параметров получают режим, названный согласованным. Данный режим считается самым оптимальным с точки зрения надежности, экономичности и долговечности.

Особенности номинального режима

В режиме холостого хода электрический ток не проходит сквозь источник или приемник. Источник в этом случае не отдает энергию в электроцепь, а приемник ее не потребляет. Например, для двигателя режим холостого хода означает работу без механической нагрузки на валу.

Особенности режимов холостого хода и короткого замыкания

Режим короткого замыкания это аварийный режим. Он возникает, если элементы цепи, находящиеся под напряжением, соединяются между собой без сопротивления. Такая ситуация возможна, например, при соединении положительной и отрицательной клеммы источника питания с нулевым сопротивлением.

Видео по теме