Ток, напряжение, мощность и энергия электрической цепи. Источники электромагнитной энергии и их свойства. Основные геометрические характеристики электрической цепи. Законы Кирхгофа, страница 2

4. R-элемент электрической цепи. Вольтамперная и энергетические характеристики R-элемента.                                                                  Идеальный R-элемент – элемент цепи, единственным электромагнитным процессом которого является необратимое преобразование электромагнитной энергии в тепло, а электрическое и магнитное поля отсутствуют. Близкими свойствами к R-элементу обладают резистор, нагревательные элементы, реостаты…            Закон Ома: u(t)=Ri(t)=>R=u(t)/i(t) [Ом].                                                            i(t)=Gu(t), где G=1/R,  [G]=Ом^-1=См (Сименс).                                                1) Линейный R-элемент(R=const).                                                                                                                                                 2) Нелинейный R-элемент(R=f(i(t))).Tgα~R.                                                                                                                 В линейном R-элементе форма тока и форма напряжения совпадают.        Мощность p(t)=u(t)i(t)=Ri²(t)=Gu²(t) [Вт]. P_R(t)>=0 (Энергия R-элемента не убывает, R – пассивный элемент).

5. L-элемент электрической цепи. Вольтамперная и энергетические характеристики L-элемента.                                                                      Идеальный L-элемент – такой элемент, единственным электромагнитным процессом которого является накопление энергии в магнитном поле, а потери на тепло и электрическое поле отсутствуют. Близкими свойствами обладает катушка индуктивности, работающая на не очень высоких частотах.                                             Протекание тока вызывает магнитное поле. Ф(t) – магнитный поток.  N – число витков.                                                                                                       Вебер-амперная характеристика:                                                 Потокосцепление ψ(t)=Ф(t)N=Li(t) [Вб] (Вебер).                        Индуктивность L=ψ(t)/i(t) [Гн] (Генри) (Гн=Вб/А)                                                                               Вольтамперная характеристика L-элемента устанавливается с помощью закона электромагнитной индукции Фарадея-Максвелла: Если замкнутый контур пересекает переменный во времени магнитный поток, то на зажимах контура наводится ЭДС, равная скорости изменения потокосцепления и имеющая такую полярность, чтобы ток, вызываемый этой ЭДС препятствовал изменению наводящего его потоку.                                                                                             ξ =-dψ/dt                                                                                                        Напряжение на L-элементе определяется не током, а скоростью его изменения. Если i=const, то u=0.(на схеме L-элемент заменяется проводником).  u= dψ/dt, u=Ldi/dt.  Напряжение и ток не совпадают друг с другом.                                  Энергия . L – пассивный элемент.                                                                          Мощность p(t)=Lidi/dt. При p(t)>0, i>0, di/dt>0 происходит накопление энергии в магнитное поле.  При p(t)<0, i>0, di/dt<0 происходит возврат накопленной энергии в источник. p=dw/dt. L – реактивный элемент.

6. C-элемент электрической цепи. Вольтамперная и энергетические характеристики C-элемента.                                                            Идеальный C-элемент – элемент цепи, единственным электромагнитным процессом которого является накопление энергии в электрическое поле, а потери на тепло и м магнитное поле отсутствуют. Конденсатор обладает близкими свойствами к идеальному C-элементу с высококачественным диэлектриком, работающий на очень высоких частотах.                                                Кулон-вольтовая характеристика:                                                              q=cu(t) => c=q/u(t) [Ф](Фарад) – ёмкость.                                                          1) Линейный C-элемент (c=const)                                                                          2) Нелинейный C-элемент (c=f(u(t)))                                                Вольтамперная характеристика:                                                     I(t)=dq/dt=cdu/dt                                                                                                    Если u(t)=const, то i=0.                                                                                     I_{проводника} – ток проводимости; i_д/э – ток смещения; i_пр=i_см.                 Напряжение   Энергия                         С – пассивный элемент.                                                                             Мощность  p(t)=ui=ucdu/dt.                                                                          При p(t)>0 происходит накопление энергии электрического поля.           При p(t)<0 происходит возврат накопленной энергии в источник.              С – реактивный элемент.                                                                        Дуальность элементов и их характеристик.