Основні поняття

Електромагнітний пристрій з фізичними процесами, що протікають в ньому та в оточуючому його просторі, за певних умов замінюють деяким розрахунко-вим еквівалентом - електричним колом.

Електричне коло - сукупність з’єднаних між собою джерел електричної енергії та навантажень, в яких може протікати електричний струм. Електро-магнітні процеси в електричному колі можна описати за допомогою понять, ві-домих із курсу фізики: струм, напруга, опір, провідність, індуктивність, єм-ність.

Електричний струм - направлений упорядкований рух часток, які несуть електричний заряд. Носії зарядів в металах - вільні електрони, в рідинах - іони.

Значення (сила) струму через деяку поверхню визначається зарядом, який проходить через неї за одиницю часу: .

В електричному колі нас цікавить саме значення (сила) струму на кожній ді-лянці. Для стислості, термін “струм” вживають як синонім терміну значення (сила) струму. Напрям руху додатніх зарядів на певній ділянці кола показують стрілкою, поряд з якою позначають струм літерою і. Тоді знак скалярної вели-чини і дає інформацію про дійсний напрям руху зарядів на цій ділянці кола.

Постійний струм – струм, незмінний у часі (позначається великою літерою І). Упорядкований рух носіїв зарядів у провідниках спричиняється електрич-ним полем, створеним в них джерелами електричної енергії.

Джерела електричної енергії перетворюють хімічну, механічну та інші ви-ди енергії на електричну.

Електрична схема - зображення електричного кола за допомогою умовних знаків (Рис. 1).

ЕРС вимірюється у вольтах (В), струм в амперах (А), опір в омах (Ом). Джерело електричної енергії - активний елемент електричного кола, тому що примушує рухатися заряди між своїми полюсами проти кулонових сил.

Резистор - пасивний елемент електричного кола. Елементи кола описую-ться вольтамперною характеристикою (ВАХ). Вольтамперна характеристика - залежність струму, що проходить через елемент, від напруги на ньому. ВАХ мо-жуть бути лінійними і нелінійними.

На Рис. 2, а показані ВАХ для лінійних резисторів Для лінійного резистора зв’язок між струмом і напругою на полюсах записується у вигляді: або , де . Це закон Ома для резистивного елемента кола.

Оскільки при одній і тій же напрузі струми різні (), можна зробити висновок, що На Рис. 2, б показані ВАХ для нелінійних резисторів.

Для ідеального джерела енергії - джерела напруги ЕРС , тобто на-пруга не залежить від струму, ВАХ показана на Рис.3, а. Реальне джерело має внутрішній опір , на якому є падіння напруги , тому напруга на полюсах ЕРС залежить від струму (навантаження) Рис. 3, б. При опорі навантаження в колі (Рис. 1)протікає струм короткого замикання , а напруга на клемах ЕРС дорівнює нулю (U= 0).

Із Рис. 3, б видно, що .Якщо прийняти - масштаб по осі нап-руг, - масштаб по осі струмів, то можна записати = , = I. Звідки:

Схема заміщення реального джерела з внутрішнім опором зображаєть-ся як показано на Рис. 4.

У замкненому електричному колі (Рис.5) протікає струм I. Напругу , що дорівнює різниці потенціалівміж точками а, б - можна визначити за двома шляхами:

; або ; отже ; .

Струм у колі:

Експериментальне визначення ЕРСЕ і внутрішнього опору

Для цього використовується рівняння . В режимі розриву на-вантаження () вимірюється ЕРС , при навантаженні () вимірю-ється напруга , струм і визначається внутрішній опір .

Джерело струму. Якщо рівняння розв’язати відносно струму одержимо: Позначимо: , де - струм короткого зами-кання у колі (Рис. 5).

Отже:

Вольтамперна характеристика ідеального джерела струму показана на Рис. 7, а.

Для ідеального джерела напруги навіть теоретично недопустимий режим короткого замикання , а для ідеального джерела струму - режим ро-зімкненого кола .

Ідеальні джерела напруги та струму - джерела безмежної потужності.

ВАХ реального джерела енергії показана на Рис.7,б. У залежності від опору навантаження R реальне джерело енергії за своїми властивостями наближаєть-ся до джерела напруги або струму. Так при R набагато більшому від , тоб-то(), можно вважати, що джерело працює в режимі близькому до дже-рела напруги, діапазон 1 , при () – в режимі джерела стру-му, діапазон 2 .

Перехід між двома рівноцінними схемами заміщення реального джерела здійснюється, як показано на Рис. 8, за формулами: .