Потенциальная диаграмма

Потенциальная диаграмма представляет собой график распределения потенциала вдоль какого-либо участка цепи или замкнутого контура.

При построении потенциальной диаграммы один из узлов схемы принимается в качестве опорного и потенциал этого узла считают равным нулю. Относительно опорного узла просчитываются потенциалы других точек схемы и в прямоугольной системе координат строится потенциальная диаграмма.

По оси абсцисс в выбранном масштабе сопротивлений m_R откладывают сопротивления в том порядке, в каком они встречаются при обходе цепи. По оси ординат в выбранном масштабе для потенциалов m_φ откладываются значения рассчитанных потенциалов.

Рассмотрим построение потенциальной диаграммы для одного контура электрической цепи (рис. 1.6), содержащего два источника ЭДС Е₁ и Е₃ с внутренними сопротивлениями r_В1 и r_В3. Схема рассматриваемого контура представлена на рис. 1.12. Укажем в контуре точки таким образом, чтобы между двумя соседними был включен только один элемент.

Между точками 1 -3 и точками 5-7 включены реальные источники ЭДС с внутренним сопротивлением, представленные на схеме в виде последовательного соединения идеально

Примем потенциал точки 1 равным нулю (φ₁=0). Потенциал точки 2 больше потенциала точки 1 на величину ЭДС Е₁, так как распределение потенциалов на зажимах источника ЭДС не зависит от тока, протекающего через него, и ЭДС всегда направлена в сторону большего потенциала:

.

ток через внутреннее сопротивление источника r_В1 протекает от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом, то есть от точки 2 к точке 3, поэтому потенциал точки 3 по отношению к потенциалу точки 2 меньше на величину напряжения на внутреннем сопротивлении источника ЭДС r_В1: .

Потенциал точки 4 по сравнению с потенциалом точки 3 уменьшается на величину напряжения на сопротивлении R₁, так как ток на этом участке протекает от точки 3 к точке 4, то есть от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом: .

Аналогично рассчитываются потенциалы остальных точек контура. Необходимо заметить, что при правильном расчете токов в схеме потенциал точки 1 должен получиться равным нулю:

, , ,

Пользуясь потенциальной диаграммой, можно определить напряжение между двумя любыми точками схемы.

Как видно на потенциальной диаграмме, напряжение на зажимах источника ЭДС Е₁ меньше значения его ЭДС на величину напряжения на внутреннем сопротивлении r_В1:

.

Говорят, что такой источник работает в режиме генератора, при этом направление ЭДС и тока ветви, в которую включен источник, совпадают.

Напряжение на зажимах источника ЭДС Е₃ больше значения его ЭДС на величину напряжения на внутреннем сопротивлении r_В3:

.

Говорят, что такой источник работает в режиме потребителя, и в этом случае направление его ЭДС и тока встречны.