Тема 1. Електричні кола постійного струму

4. . Електричне коло і його елементи. Закон Ома для замкненого кола.

4. Електричне коло і його елементи. Закон Ома для замкненого ланцюга
Електричним колом називають сукупність пристроїв, призначених для
одержання, передачі, перетворення й використання електричної енергії.
Електричне коло складається з окремих пристроїв - елементів
електричного кола (джерел електричної енергії, її споживачів, пристроїв для
передачі енергії, перетворення, комутації, контролю і т.д.).
Джерело електричної енергії, її приймач і сполучні проводи вважаються
основними елементами кола, тому що при відсутності хоча б одного з них
електричне коло зібрати неможливо.
Джерела електричної енергії служать для одержання електричної енергії
з інших видів енергії – механічної, хімічної, тепловий, променистої. При
перетворенні будь-якого виду енергії в електричну в джерелі відбувається поділ позитивних і негативних зарядів і утворюється електрорушійна сила (ЕРС).
Приймачі електричної енергії служать для перетворення електричної
енергії в інші види енергії: механічну, теплову, світлову, хімічну.
Елементи ланцюга, що мають тільки один параметр, називають
ідеальними.
Джерела електричної енергії (ЕРС, струму) належать до групи активних
елементів електротехнічних пристроїв.
До групи пасивних елементів ставляться: активний опір R, індуктивність
(індуктивна котушка) L і ємність (конденсатор) C.
В електротехнічних пристроях одночасно протікають три енергетичні
процеси.
1. В активному опорі відбувається перетворення електричної енергії в
тепло.
2. В індуктивному елементі енергія електричного поля джерела
перетвориться в енергію магнітного поля котушки й навпаки.
3. У конденсаторі, при заряді, відбувається накопичення енергії джерела в
електричнім полі конденсатора й потім при розряді повернення її джерелу.

Величини опір R, індуктивність L і ємність C залежать від властивостей
пристрою, його конструкції і є параметрами цього пристрою.

 

Таб. 1. Таблиця ідеальних елементів електричного кола.

Якщо з'єднати провідниками полюси джерела ЕРС із тим приладом, який
повинен живитися струмом, наприклад, з лампою розжарювання, то виходить
найпростіше замкнене електричне коло (мал. 1).

Мал. 1. Просте електричне коло з одним джерелом і одним приймачем.

Поки джерело ЕРС працює (наприклад, поки в акумуляторній батареї
відбувається хімічна реакція), у ланцюзі діє ЕРС. Якщо замкнути вимикач, по
ланцюгу піде струм. Якщо розірвати ланцюг (розімкнути вимикач), струм
припиниться, але ЕРС залишається діяти й у розімкнутому ланцюзі.
Для того, щоб безупинно протікав струм, крім ЕРС, необхідно ще
наявність замкненого електричного ланцюга.
У кожному замкненому ланцюзі розрізняють внутрішню частину, тобто
джерело ЕРС, і зовнішню частину, до якої належать усі прилади й проводи,
підключені до джерела ЕРС. Умовно вважають, що струм у зовнішньому
ланцюзі йде від «плюса» джерела до «мінуса», а усередині джерела - від
«мінуса» до «плюса».
Кожне джерело ЕРС завжди має деякий опір. Його називають
внутрішнім опором і позначають r (мал. 2). Струм усередині джерела ЕРС
зустрічає в ньому опір, як і в будь-якому провіднику. Акумулятори мають
внутрішній опір близько часток ома, гальванічні елементи – від часток ома до
декількох ом.
Зовнішній опір частий називають навантажувальним опором або
навантаженням.

Мал. 2. Замкнене коло

Відповідно до закону Ома для всього ланцюга сила струму в
замкненому ланцюзі є відношення ЕРС до повного опору ланцюга, тобто сумі зовнішнього й внутрішнього опорів: