Основные понятия теории электрических цепей. Лекция №1

1. Дисциплина: Теоретические основы электротехники

2. Лекция №1

Лекция №1
Тема: «Основные
понятия теории
электрических
цепей»

3. Учебные вопросы

1. Понятие об электрической цепи.
2. Основные электрические
величины: электрический ток,
напряжение, электродвижущая
сила (ЭДС), мощность и энергия.
3. Схемы электрических цепей.

4. Литература

1. Бессонов Л.А. Теоретические основы
электротехники. Электрические цепи:
учебник для бакалавров. – М. :
Издательство Юрайт, 2012, с. 7-27
2. Попов В.П. Основы теории цепей:
Учебник для вузов спец.
"Радиотехника".-М.: Высшая школа,
2007, с. 6-36.

5. 1. Понятие об электрической цепи. 1.1.Состав электрической цепи

ГОСТ Р52002-2003
«Электротехника.
Термины и
определения
основных понятий»
Электрическая
цепь
Электрическая цепь –
это
совокупность
устройств
и
объектов,
образующих
путь
для
электрического
тока,
электромагнитные
процессы в которых могут
быть описаны с помощью
понятий
об
электродвижущей
силе,
электрическом
токе
и
электрическом напряжении.
Источники
электрической
энергии
Приемники
электрической
энергии
Вспомогательные
элементы

6.

Последовательное соединение
проводников
Источники электрической
энергии (активные элементы)
– это элементы электрической
цепи, в которых происходит
преобразование химической,
тепловой, механической и
других видов энергии в
электрическую.
Монтажная схема
Принципиальная схема
Приемники электрической
энергии (пассивные элементы)
– это элементы электрической
цепи, в которых происходит
преобразование электрической
энергии в другие виды энергии,
а также ее запасание.

7.

Параллельное соединение
проводников
Вспомогательные элементы
– это элементы
электрической цепи,
предназначенные для
защиты, измерения,
соединения источников и
приемников электроэнергии
и других вспомогательных
функций.
Монтажная схема
Принципиальная схема

8. Внешние выводы элементов называются зажимами или полюсами

В зависимости от числа внешних выводов различают
двухполюсные (резистор, конденсатор, катушка
индуктивности) и многополюсные (транзистор, трансформатор,
электронная лампа и др.) элементы.

9.

Основные допущение и
принцип теории цепей
В теории цепей предполагается, что
каждый элемент цепи полностью
характеризуется зависимостью между током и
напряжениями на его зажимах, при этом
процессы, имеющие место внутри элементов, не
рассматриваются.
В основе теории электрических цепей
лежит принцип моделирования.
В соответствии с этим принципом реальные
элементы цепи заменяются их упрощенными
моделями, построенными из идеализированных
элементов.

10. Идеализированные двухполюсные элементы

В простейшем случае
модель реального
элемента может
состоять из одного
идеализированного
элемента.
Идеальный
резистор
Идеальная
индуктивная катушка
ИДЭ
Идеальный
конденсатор
В более сложных
случаях она
представляет собой
соединение
нескольких
идеализированных
элементов.
Идеальный
источник
напряжения
Идеальный
источник
тока

11. Моделирующая цепь (расчётная схема замещения) -

Моделирующая цепь
(расчётная схема
замещения) электрическая цепь, которую получают из исходной
реальной цепи при замене каждого реального элемента его
упрощенной моделью, составленной из идеализированных
элементов.
Систему уравнений, описывающую
моделирующую цепь называют
математической моделью цепи.
Например, моделью
реальной индуктивной
катушки может быть
последовательное
соединение идеальной
индуктивности и
идеального резистора,
учитывающего
сопротивление
проводов катушки.

12. 2. Основные электрические величины: электрический ток, напряжение, ЭДС, мощность и энергия 2.1 Электрический ток

Электрический ток проводимости – явление направленного
движения свободных носителей электрического заряда в
веществе или в пустоте, количественно характеризуемое
скалярной величиной, равной производной по времени от
электрического заряда, переносимого свободными
носителями заряда сквозь рассматриваемую поверхность.
q dq
i (t ) lim
t 0 t
dt
В металлах такими носителями являются электроны, в
жидкостях и газах – положительно и отрицательно
заряженные ионы. Направленное движение свободных
носителей электрического заряда обусловлено действием
сил электрического поля.

13.

Мгновенный ток
Скалярная величина i=i(t) ,
количественно характеризующая
электрический ток в каждый
момент времени называется
мгновенным значением тока или
мгновенным током.
Мгновенное значение тока равно
скорости изменения заряда во
времени:
Андре-Мари
Ампер 1775 - 1836
q dq
i lim
.
t 0 t
dt
Единица измерения тока в системе СИ –
ампер (А).

14. Постоянный ток

Постоянный электрический ток – это неизменное во
времени однонаправленное движение заряженных
частиц (зарядов).
За направление тока принимают направление, в
котором перемещаются носители положительного
заряда. Условное положительное направление тока
при расчетах электрических цепей может быть
выбрано совершенно произвольно.
Условное положительное
направление тока показывается
стрелкой

15. 2.2 Напряжение

Перемещение заряда
происходит за счет
энергии
электрического поля.
На всякий заряд, помещенный в
электрическое поле q, действует
сила Fэ, абсолютное значение и
направление которой
определяется напряженностью
электрического поля Е, а также
значением заряда и его знаком.
При перемещении
единичного
положительного
заряда между двумя
любыми точками А и В
электрического поля
силами электрического
поля совершается
работа, равная
разности потенциалов
этих точек.

16. Потенциал электрической точки поля – это работа, которая совершается силами электрического поля по переносу единичного

положительного заряда из
данной точки в бесконечность (где нет
электрического поля), т.е.
А E dl
A
B Edl
1
A
F
dl
Э
q A
q
B
Электрическое напряжение между двумя точками электрической
цепи (или разность потенциалов точек) – это скалярная
величина, численно равная работе совершаемой силами
электрического поля по перемещению единичного
положительного заряда по произвольному пути из одной точки
поля в другую точку поля и равная линейному интегралу
напряженности электрического поля.
В
u А B E dl
А

17.

2.3 Электродвижущая сила
Опыт Луиджи Гальвани с лапками лягушки

18.

Гальванический (или химический) элемент
Алессандро Вольта

19. Понятие об ЭДС

Электродвижущая сила –
скалярная величина,
численно равная работе
сторонних сил,
затрачиваемой на
перемещение единичного
положительного заряда
внутри источника от
зажима с меньшим
потенциалом к зажиму с
большим потенциалом.
Независимо от природы сторонних сил ЭДС источника
численно равна напряжению между зажимами источника
энергии при отсутствии в нем тока, т.е. в режиме холостого
хода.

20.

Вольтметр –
электрический
прибор для измерения
напряжения.
Схема включения:
вольтметр включается в
электрическую цепь
параллельно тому
элементу, на котором он
измеряет напряжение.
Условное обозначение на
схемах
Вольтметр технический
Вольтметр
лабораторный
Вольтметр лабораторный

21. 2.4 Мощность и энергия

w dw
u lim
q 0 q
dq
dw udq uidt
Энергия,
затрачиваемая на
перемещение
заряда:
dw dq dw
p ui
dq dt dt
q
t
0
w udq uidt
Скорость поступления
энергии в рассматриваемый
участок цепи
характеризуется
мгновенной мощностью
участка цепи.

22. Мгновенная мощность, потребляемая цепью, определяется производной энергии по времени и равна произведению мгновенных значений

напряжения
и тока:
Джеймс Уатт
1736 – 1819
t
w(t ) pdt
Мощность
измеряется в
ваттах (Вт)
dw
p
ui .
dt
Энергия
измеряется в
джоулях (Дж)
t2
W w(t 2 ) w(t1 ) pdt
t1
Джеймс Джоуль
1818 – 1889

23.

Экспериментальное определение мощности
электрического тока
P U I
1Вт 1В А

24.

Электрическая цепь может быть
потребителем и источником энергии
При совпадении знаков
напряжения и тока мощность
положительна. Это
соответствует потреблению
энергии участком цепи.
При несовпадении знаков
напряжения и тока мощность
отрицательна. Это означает,
что участок цепи является
источником энергии.
p ui 0
p ui 0

25.

3. Схемы электрической
цепи
Схема электрической цепи – это ее графическое
изображение (модель), содержащее условные обозначения
элементов цепи и показывающее соединения этих
элементов.
ГОСТ 2.701.2008 устанавливает общие правила выполнения
схем, типы схем и их шифры:
структурная (Э1); функциональная (Э2); принципиальная
(Э3); соединений (монтажная) (Э4); подключения (Э5) и др.
Структурная схема
электрической цепи
определяет основные
функциональные
части изделия, их
назначение и связи.
Структурная схема компьютера

26.

Функциональная схема – это схема, которая
разъясняет определенные процессы в отдельных
функциональных частях изделия, их назначение
и связи
Принципиальная электри́ ческая
схема — графическое
изображение (модель),
служащее для передачи с
помощью условных графических
и буквенно-цифровых
обозначений (пиктограмм)
связей между элементами
электрического устройства.

27.

Спасибо за внимание!!!