Одноконтурні лінійні електричні ланцюги

В одноконтурному електричному ланцюзі ЕРС Е, спрямована усередині джерела електричної енергії від негативного полюса "–" до позитивного "+", збуджує струм І того ж напрямку, який визначають за законом Ома для всього ланцюга

де R – опір зовнішнього ланцюга, що складає з приймача і сполучних проводів; R_Вт – опір внутрішнього ланцюга, у який входить джерело електричної енергії.

Якщо опір всіх елементів електричного ланцюга не залежить від значення і напрямку струму і ЕРС, то їх, а також сам ланцюг, називають лінійними.

В одноконтурному лінійному електричному ланцюзі з одним джерелом електричної енергії струм прямо пропорційний ЕРС і зворотно пропорційний загальному опору ланцюга.

З наведеної вище формули випливає, що

звідкіля

або

де

є напругою джерела електричної енергії, що спрямовано від позитивного полюса до негативного. При незмінній ЕРС напруга залежить тільки від струму, що визначає спадання напруги R_ВтI усередині джерела електричної енергії, якщо опір внутрішнього ланцюга R_Вт = const.

Вираз

є законом Ома для ділянки ланцюга, до затисків якого прикладена напруга U, співпадаюче за напрямку зі струмом I цієї ж ділянки.

Залежність U (I) при Е = const та R_Вт = const називають зовнішньою, чи вольт-амперною характеристикою лінійного джерела електричної енергії, по який можна для будь-якого струму I визначити відповідну йому напругу U, а за формулами, що нижче наводяться – розрахувати потужність приймача

потужність джерела електричної енергії

та ККД приладу

Вивчення явищ в електричних ланцюгах спрощується при заміні їх схемами заміщення – математичними моделями з ідеальними елементами, кожний з яких характеризується одним з параметрів, узятих з параметрів елементів, що заміщаються. Ці схеми цілком відображають властивості електричних ланцюгів і при дотриманні визначених умов полегшують аналіз електричного стану цих ланцюгів.

У схемах заміщення з активними елементами використовують ідеальне джерело ЕРС і ідеальне джерело струму. Перше характеризується постійною ЕРС Е і внутрішнім опором, рівним нулю, унаслідок чого струм такого джерела визначається опором приєднаних приймачів, а коротке замикання викликає струм і потужність, що теоретично прагнуть до нескінченно великого значення. Другому приписують внутрішній опір, що прагне до нескінченно великого значення, і незмінний струм I_к не залежний від напруги на його затисках, рівний току короткого замикання, унаслідок чого необмежене збільшення приєднаного до джерела навантаження супроводжується теоретично необмеженим зростанням напруги і потужності.

Реальні джерела електричної енергії з ЕРС Е, внутрішнім опором R_Вт і струмом короткого замикання I_к можна представити схемами заміщення, у які входять ідеальне джерело ЕРС або ідеальне джерело струму відповідно з послідовно і паралельно включеними резистивними елементами, які характеризують внутрішні параметри реального джерела і обмежуючими потужність приєднаних приймачів (рис. 3.2. а,б).

Рис. 3.2 - Схеми заміщення електричного ланцюга

з реальним джерелом електричної енергії і резистором

а – із ідеальним джерелом ЕРС; б – із ідеальним джерелом струму

Реальні джерела електричної енергії працюють у режимах, близьких до режиму ідеальних джерел ЕРС, якщо опір приймачів великий у порівнянні з внутрішнім опором реальних джерел, тобто коли вони знаходяться в режимах, близьких до режиму холостого ходу. У випадках, коли робочі режими близькі до режиму короткого замикання, реальні джерела наближаються до ідеальних джерел струму, оскільки опір приймачів малий в порівнянні з внутрішнім опором реальних джерел.