Ток, напряжение, мощность и энергия электрической цепи. Источники электромагнитной энергии и их свойства. Основные геометрические характеристики электрической цепи. Законы Кирхгофа

1. Ток, напряжение, мощность и энергия электрической цепи.                   Электрический ток – упорядоченное движение электрических зарядов под действием сил электромагнитного поля. Под термином ток подразумевают не только явление, но и его интенсивность, силу тока. Если через поперечное сечение проводника за время ∆t проходит заряд ∆q, то ток .  Ток – скалярная величина. Говорить о положительном или отрицательном токе можно лишь по отношению к выбранному заранее ориентиру (условно положительное направление тока) и показывать с помощью стрелки на схеме. Если i(t)>0, то ток совпадает с выбранным условно положительным. Постоянный ток обозначается I(не зависит от времени), переменный ток – i(t).  Перенос заряда по проводнику связан с затратами энергии. Для количественной оценки этих затрат вводится понятии напряжение, которое численно равно затраченной энергии на перенос частичного заряда из одной точки в другую (разность потенциалов). .                            Напряжение– тоже скалярная величина. Говоря о положительном или отрицательном напряжении можно лишь относительно выбранного заранее ориентира, который называется условно положительной полярностью. Если u(t)>0, то полярность была выбрана правильно. Удобно выбирать условно положительную полярность согласовано с условно положительным направлением тока. Будем считать, что ток идёт от минуса к плюсу.                                                                                              Энергия определяется:                             В пассивных цепях w(t)>=0.                                                                   Мощность – это скорость изменения энергии: .                                            При p(t)>0 происходит поступление энергии от источника к цепи (генерирование энергии). При p(t)<0 происходит возврат накопленной энергии назад, в источник. Рассмотренные ранее элементы имеют 2 зажима (2 клеммы) или 2 полюса, с помощью которых они соединятся друг с другом, следовательно это двухполюсники. (Например, транзистор – трёх полюсный элемент, трансформатор – четырёх полюсный)

2. Источники электромагнитной энергии и их свойства.                         C физической точки зрения, источник – такой элемент электрической цепи, в котором происходит преобразование энергии неэлектрического происхождения в энергию электромагнитного поля. Некоторые элементы цепи в какие-то моменты времени ведут себя аналогично источнику.                                                                   Идеальный источник напряжения – элемент цепи, напряжение на зажимах которого изменяется по заданному закону, независимо от подаваемого тока.                                                                                                                                                               Свойства идеального источника напряжения:                                                  1. R_внутр=0.  2. Бесконечная мощность.                                                             3. Понятия идеального источника напряжения и короткого замыкания противоречат друг другу.                                                                     Идеальный источник тока – элемент цепи, ток которого изменяется по заданному закону независимо от напряжения на его зажимах.                                                                                   Свойства идеального источника тока: 1. G_внутр=0. 2. Бесконечная мощность. 3. Понятия идеального источника тока и холостого хода противоречат друг другу. Источник тока в цепь надо включать параллельно!                                                                                           Мощность источников.P_ист=-ui.                                                                                                                     Баланс мощности следует из закона сохранения энергии:            , где n – число элементов цепи.

3. Преобразование источника напряжения в эквивалентный источник тока и обратное преобразование.                                        Такое преобразование позволяет упростить расчёт цепи, сводя её к простейшей. Пусть имеется источник напряжения с последовательно включённым сопротивлением. Поставим задачу: Нельзя ли его преобразовать в эквивалентный источник тока с параллельно включённой проводимостью так, чтобы режим в не преобразованной части цепи не изменился.                                                                                                                                                                 1) Исходная цепь: По II закону Кирхгофа R₀i(t)+u(t)-u₀(t)=0 => i(t)=(u₀(t)-u(t))/R₀.                                                                                                                    2) Желаемая цепь: По I закону Кирхгофа i_x-i_G-i=0 => i=ix-G_xu.                     Если i_x=U₀/R₀ и G_x=1/R₀, то цепи будут эквивалентны. Для того, чтобы преобразовать источник напряжения с последовательно включённым сопротивлением в эквивалентный источник тока, необходимо: вместо источника напряжения включить источник тока, направление которого направить в сторону плюса источника напряжения, а последовательное сопротивление включить параллельно. Величину источника взять i_ист=U/R.  Обратное преобразование очевидно. Привести пример.