Схеми електричних кіл

Схемою електричного кола називається графічне зображення цього кола. Схема показує, як з’єднуються елементи електричного кола.

Принципова схема електричного кола (рис.2.9,а) показує призначення всіх електротехнічних пристроїв, а також їх з’єднання і взаємодію. Але тільки за принциповою схемою кола його розрахувати неможливо.

a б

Рис.2.9

1. Схема заміщення електрич-ного кола (рис.2.9,б) є його кількісною моделлю і складається із сукупності різ-них ідеалізованих елементів, вибраних так, щоб можна було з досить точним наближенням описати процеси в електричному колі.

Схема заміщення електричного кола складається зі схем заміщення окремих елементів, з яких утворене коло.

Розрахункові електричні схеми називатимемо просто електричними схемами, маючи на увазі, що це і є схеми заміщення.

Електричне коло, а отже, його схема складається з віток і вузлів.

Вузлом електричного кола і відповідно його схеми називається місце з’єднання трьох і більше віток (проводів). На схемі вузол позначається точкою.

Електричні схеми на рис.2.10,а,б мають по два вузли а і в (це одна й та сама

схема, лише по-різному накреслена). Якщо між геометричними вузлами немає ні активних, ні пасивних елементів, то це є один потенціальний вузол. Так, на рис.2.10,а потенціальні вузли а і в мають по чотири геометричні вузли. Але геометричні вузли не становлять інтересу. Потрібно знати тільки кількість потенціальних вузлів у схемі.

Віткою називається ділянка електричного кола і відповідно її схеми, утворена одним або кількома послідовно з’єднаними елементами, підімкненими до двох вузлів.

Послідовним з’єднанням елементів електричного кола називається таке з’єднання, за якого через усі ці елементи проходить один і той самий струм. Так, у схемах на рис.2.10 з’єднані послідовно і утворюють одну вітку; - з’єднані також послідовно і т.д.

Паралельним з’єднанням віток (ділянок електричного кола) називається таке з’єднання, за якого всі вітки приєднуються (підмикаються) до однєї пари вузлів, або на всіх вітках діє одна й та сама напруга.

Мішаним з’єднанням ділянок електричного кола називається поєднання послідовного та паралельного з’єднань.

Електричні кола, які не можуть бути зведені до послідовно-паралельного з’єднання, називаються складними.

Складні кола, як правило, мають кілька джерел електричної енергії.

а б

Рис.2.10

Контуром електричного кола називається будь–який замкнений шлях, який проходить по кількох вітках. Наприклад, на рис.2.10,а контуром є джерело ЕРС , резистори вузол в, резистор джерело ЕРС , вузол а, джерело ЕРС – контур замкнувся.

Контуром також є: вузол в, резистор , вузол а, резистор , вузол в – контур замкнувся. Запишемо ще один приклад контура: вузол в, резистор , джерело ЕРС , вузол а, джерело ЕРС , резистор , вузол в – контур замкнувся, тощо.

При розрахунках електричних кіл необхідно усвідомити, що електричному струму приписується напрям, хоча він є скалярною величиною і в загальному випадку струм провідності і струм перенесення є рухом позитивних і негативних електричних зарядів у різні боки. Додатним напрямом електричного струму вважають напрям переміщення позитивних електричних зарядів.

Це напрям, протилежний напряму руху негативних (від’ємних) зарядів. На схемах додатний напрям струму показують стрілкою (рис 2.11).

а б

Рис.2.11

Якщо напрям струму відомий, то при розрахунку електричного кола довільно задаються так званим умовним додатним напрямом струму і позначають його на схемі стрілкою.

При цьому, якщо в результаті розрахунку кола струм одержимо з додатним знаком, то справжній напрям струму збігається з вибраним раніше умовним напрямом струму. А якщо в результаті розрахунку дістанемо струм з від’ємним знаком, то це означає, що справжній напрям струму протилежний вибраному раніше умовному додатному напряму. У джерелах струму стрілка показує напрям переміщення позитивних зарядів.

При розрахунках електричних кіл напрузі так само, як і струму, приписують додатний напрям. Найчастіше його вибирають таким, що збігається з додатним напрямом струму і показують на схемі стрілкою.

Для пасивних елементів стрілка показує зменшення електричного потенціалу. В джерелах ЕРС додатний напрям ЕРС також показують стрілкою.

Для джерела ЕРС стрілка вказує на збільшення потенціалу всередині джерела

(рис.2.12,в).

Якщо біля символа напруги проставлено два індекси, то це означає, що додатний напрям слід вибирати на схемі від першого індексу до другого (рис.2.12,а,б).

Рис.2.12

З рис.2.12 видно, що

Тобто, , або .

Отже, заміна послідовності написання індексів рівнозначна зміні знака напруги на протилежний.