Идеализированные элементы электрической цепи

При расчете электрических цепей реальные элементы (резисторы, конденсаторы, транзисторы, трансформаторы и т. д.) заменяются так называемыми эквивалентными схемами замещения (математическими моделями). В схемах замещения используются идеализированные элементы (реально в природе их нет).

Идеализированные элементы:

1. Пассивные – такие элементы, напряжение на которых существует только при протекании тока через эти элементы.

2. Активные – источники электрической энергии.

Существуют 3 пассивных идеализированных элемента: сопротивление, индуктивность и емкость.

В свою очередь идеализированные элементы делятся на линейные и нелинейные.

Сопротивление – идеализированный элемент, приближенно заменяющий резистор, в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепло. При этом ; [R] = Ом; ; σ – проводимость.

; ρ – удельное сопротивление.

- связь между мгновенными

значениями I и U. R – параметр сопротивления.

Если R не зависит от тока напряжения (R=const), то говорят о линейном сопротивлении.

- закон Джоуля-Ленца.

Индуктивность – идеализированный элемент, приближенно заменяющий катушку индуктивности, в котором накапливается энергия магнитного поля.

, где ψ – потокосцепление самоиндукции. [L]=Гн.

, где ω – число витков в катушке, μ₀ – магнитная постоянная = 4π*10^-7 Гн/м, μ – магнитная проницаемость материала, заполняющего соленоид, S – площадь сечения, l – длина.

Если L не зависит от тока, то индуктивность будет линейная.

Линейная индуктивность встречается редко. - энергия магнитного поля.

Емкость – идеализированный элемент, приближенно заменяющий конденсатор, в котором может накапливаться энергия электрического поля.

; [C]=Ф. Если емкость не зависит от напряжения и тока, то это линейная емкость. - емкость плоского конденсатора.

ε₀ – электрическая постоянная = 8,85*10^-12 Ф/м.

- энергия электрического поля.

В теории электрических цепей используются 2 активных элемента:

1. Идеальный источник ЭДС.

2. Идеальный источник тока.

Идеальный источник ЭДС – активный элемент с 2 выводами, напряжение на выводах которого не зависит от тока через элемент. [E]=В.

Упорядоченное движение положительных зарядов от вывода с меньшим потенциалом к выводу с большим потенциалом происходит с помощью сторонних сил. Работа сторонних сил по перемещению единичного «+» заряда от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с большим потенциалом внутри источника называется ЭДС источника.

Идеальный источник тока – активный элемент, ток через который не зависит от напряжения на его зажимах.

Идеальных источников тока и ЭДС в природе не существует, так как эти источники должны обладать бесконечной мощностью.

Реальные источники заменяются 2 эквивалентными схемами замещения с источником ЭДС и источником тока, в котором соответствующим образом подключается сопротивление Rв.