Основные характеристики и законы цепи постоянного тока
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Кафедра тракторов и автомобилей
Контрольная работа
Основные характеристики и законы цепи постоянного тока
Выполнил:студент III курса
заочного отделения
агрономического факультета
Понятие о постоянном токе. Основные характеристики и законы цепи постоянного тока
Для практических целей необходим постоянный ток, имеющий неизменное значение и протекающий в одном направлении в течение любого времени. Чтобы получить такой непрерывный электрический ток, нужно иметь постоянное напряжение. Его создают так называемые генераторы или источники электродвижущей силы.
Наиболее простые цепи постоянного тока - линейные.
Методы расчета и анализа электрических цепей постоянного тока пригодны и для цепей переменного тока, а также для цепей с нелинейными элементами.
В электрической цепи постоянного тока токи и напряжения постоянны, поэтому изменения этих величин во времени равны нулю:
и ,
а следовательно, и напряжение на индуктивности UL, и ток через емкость 1С, зависящие от изменения этих величин, также равны нулю:
постоянный ток трансформатор электродвигатель
Отсюда следует, что в индуктивности сопротивление постоянному току равно нулю, т. е. UL = 0, а емкость, наоборот, является бесконечно большим сопротивлением. Поэтому в цепи с источниками постоянного тока можно исключить все индуктивности, закоротив их, а все ветви, содержащие конденсаторы, - разомкнуть. В этом случае уравнение электрического состояния контура приобретает вид:
?RI=?E
В уравнении положительные знаки принимаются для тех токов и эдс, направления которых совпадают с произвольно выбранным направлением обхода рассматриваемого контура.
Каждый источник (генератор) ЭДС всегда обладает некоторым сопротивлением. Его называют внутренним сопротивлением и обозначают Rt или rt. Ток внутри источника ЭДС встречает в нем сопротивление, как и в любом проводнике, и значение этого сопротивления для разных источников различно. В одних источниках оно равно долям ома или единицам ом, а в других достигает десятков, сотен, тысяч и даже миллионов ом. Более мощные источники ЭДС, способные давать большой ток, имеют обычно меньшее Ri, а у маломощных источников Ri бывает более высоким. Например, аккумуляторы имеют Ri около долей ома, сухие элементы- от долей ома до нескольких ом; у сухих батарей с большим числом последовательно соединенных элементов Ri достигает десятков и даже сотен ом. Внутреннее сопротивление элементов и аккумуляторов увеличивается по мере их разряда. Если внутреннее сопротивление генератора незначительно по сравнению с сопротивлением внешней части цепи, то Ri обычно не принимают во внимание, но это далеко не всегда допустимо.
Внешнее сопротивление часто называют нагрузочным сопротивлением или нагрузкой. Этот последний термин не совсем правильный, так как, строго говоря, под нагрузкой надо понимать ток, который дает генератор. Однако для упрощения слово нагрузка применяют и для того прибора, который подключается к генератору и является потребителем энергии.
Общее сопротивление замкнутой цепи, которая всегда является последовательным соединением источника и внешней части цепи, равно сумме внешнего и внутреннего сопротивлений:
Rобщ=R + Ri.
Именно это полное сопротивление определяет ток в цепи. При прохождении тока через генератор внутри него возникает падение напряжения Ui, которое можно определить, умножив ток в цепи на внутреннее сопротивление: Ui-IRi. Следовательно, часть ЭДС источника расходуется на преодоление внутреннего сопротивления самого источника.
Падение напряжения Ui, внутри генератора является потерянным. Напряжение на внешней части цепи U всегда меньше, чем ЭДС источника Е, на значение этого внутреннего падения напряжения:
U = E - Ui или U = E-IRi.
Иначе говоря, ЭДС генератора является суммой напряжений на R и на R,, т. е.
Е = U + Ui.
Напряжение внешней части цепи U есть не что иное, как напряжение на зажимах или полюсах генератора, так как концы внешней цепи подключены к полюсам этого генератора.
Следует всегда помнить, что напряжение на нагрузке и напряжение на зажимах генератора это одно и то же напряжение. Если к зажимам генератора присоединить вольтметр, то он покажет именно это напряжение, но не падение напряжения внутри генератора. Последнее вообще невозможно непосредственно измерить с помощью вольтметра.
Как видно, между понятиями электродвижущей силы и напряжения есть разница. Электродвижущая сила действует во всей замкнутой цепи, а напряжение является разностью потенциалов только на участке цепи, например на внешней ее части. Поэтому напряжение всегда меньше ЭДС; оно составляет лишь некоторую часть ЭДС.
Когда внутреннее сопротивление генератора невелико, то падение напряжения на нем незначительно и можно приближенно считать, что напряжение на зажимах генератора равно его ЭДС (U?E). Возможен случай, когда разность потенциалов на полюсах генератора точно равна ЭДС. Это будет в