Elementy obwodu elektrycznego. Obwód elektryczny i jego elementy. Metoda potencjałów węzłowych

Obwód elektrycznyzestaw urządzeń  (przedmioty) przeznaczone do kierunkowego przemieszczania ładunków elektrycznych  (prąd elektryczny) i powiązane procesy elektromagnetyczne.

Obwód elektryczny  służy do generowania, przesyłania i przetwarzania energii elektrycznej (elektromagnetycznej) i sygnałów.

Ale czym jest obwód elektryczny? Nazywa się to drogą, która kontroluje prąd elektryczny. Głównymi elementami obwodu elektrycznego są: generator prądu elektrycznego, w tym przypadku bateria; przewody, które przenoszą prąd do rezystora rezystancyjnego, a następnie do przełącznika, który jest urządzeniem sterującym.

Do każdego obwodu elektrycznego potrzebne jest źródło energii, w tym przypadku prąd elektryczny. Co to jest prąd elektryczny? Ta nazwa odbiera ruch ładunków elektrycznych przez rurociąg; tj. Prąd elektryczny to strumień elektronów.

Głównymi elementami obwodu elektrycznego są źródła, odbiorniki i linie przesyłowe.

Źródło energii elektrycznej i sygnałówurządzenie, które przekształca różne rodzaje energii o charakterze nie elektromagnetycznym w elektromagnetyczne  (ogniwo galwaniczne, akumulator, generator elektromechaniczny).

Odbiornik energii elektrycznej i sygnałów elektrycznychurządzenie przetwarzające energię elektryczną na inne rodzaje energii  (urządzenia elektrotermiczne, lampy elektryczne, rezystory, silniki elektryczne).

Obwód elektryczny - podstawy elektrotechniki

Co to jest przełącznik lub przepustnica? Jest to tylko urządzenie sterujące, które umożliwia lub uniemożliwia przepływ prądu elektrycznego przez obwód, jeśli jest on zamknięty i gdy nie jest otwarty. Istnieją inne urządzenia zwane bezpiecznikami, które mogą mieć różne typy i możliwości. Co to jest bezpiecznik? To urządzenie zabezpieczające jest przeznaczone zarówno dla Ciebie, jak i dla obwodu elektrycznego.

Wiemy, że energię elektryczną można przekształcić w energię cieplną. Pamiętaj, że każdy obwód ma funkcje. Obserwuj je, porównuj i wyciągaj wnioski na temat obwodów elektrycznych. Obwody elektryczne można łączyć szeregowo, równolegle i mieszanie, co stanowi połączenie dwóch ostatnich.

Linia przesyłowa energii elektrycznej i sygnałów elektrycznych  - przewodniki (materiały, media o wolnych ładunkach) i pola elektromagnetyczne, za pomocą których energia elektryczna i sygnały są przekazywane ze źródeł do odbiorników.

Ponadto elementami obwodu elektrycznego mogą być urządzenia przetwarzające, przełączające i pomiarowe (urządzenia).

Kategoria zjawisk fizycznych wynika z obecności ładunków elektrycznych i ich interakcji. Kiedy ładunek elektryczny jest stacjonarny lub statyczny, wytwarza siły elektryczne na inne ładunki znajdujące się w tym samym obszarze przestrzeni; gdy jest w ruchu, wytwarza również efekty magnetyczne. Efekty elektryczne i magnetyczne zależą od względnego położenia i ruchu naładowanych cząstek. Jeśli chodzi o efekty elektryczne, cząsteczki te mogą być neutralne, dodatnie lub ujemne.

Elektryczność zajmuje się dodatnio naładowanymi cząsteczkami, takimi jak protony, które odpychają się nawzajem oraz ujemnie naładowanymi cząsteczkami, takimi jak elektrony, które również odpychają się nawzajem. Przeciwnie, cząsteczki ujemne i dodatnie przyciągają się. To zachowanie można podsumować, mówiąc, że ładunki tego samego znaku odpychają się i przyciągają ładunki innego znaku.

Konwerter energii elektrycznejurządzenie do konwersji parametrów  (napięcie, prąd, ich kształt, wielkość, częstotliwość) energia elektromagnetyczna  (transformatory, prostowniki, falowniki, przetwornica częstotliwości).

Przełączanie urządzeń   przeznaczony do zmiany trybu pracy obwodu elektrycznego: wyłączanie i włączanie źródeł, odbiorników, zmiana parametrów odcinków obwodu. Są to styczniki, przełączniki, przełączniki, odłączniki.

Właściwości elektryczne ciał stałych

Kiedy niektóre atomy łączą się, tworząc ciała stałe, jeden lub więcej elektronów jest często wolnych, co może z łatwością poruszać się w materiale. W niektórych materiałach, zwanych przewodnikami, niektóre elektrony są łatwo uwalniane. Dobrymi przetwornikami są metale, zwłaszcza miedź i srebro.

Każdy materiał, który ma niewielki opór przed przepływem elektryczności, nazywa się przewodnikiem elektrycznym. Różnica między przewodnikiem a izolatorem, który jest słabym przewodnikiem elektryczności lub ciepła, jest raczej stopniem niż rodzajem, ponieważ wszystkie substancje przewodzą elektryczność w większym lub mniejszym stopniu. Dobry przewodnik elektryczności, taki jak srebro lub miedź, może mieć miliard razy większą przewodność elektryczną niż dobry izolator, taki jak szkło lub mika. W przewodach stałych prąd elektryczny jest przenoszony przez ruch elektronów; oraz w roztworach i gazach - przez jony.

Urządzenia pomiaroweprzyrządy do pomiaru różnych parametrów procesów elektromagnetycznych zachodzących w obwodzie elektrycznym  (amperomierze, woltomierze, watomierze itp.).

Schemat połączeńobraz graficzny obwodu elektrycznego zawierający konwencjonalne obrazy jego elementów i pokazujący połączenie tych elementów.

Materiały, w których elektrony są silnie związane z atomami, znane są jako izolatory, nieprzewodzące lub dielektryczne. Niektóre przykłady to szkło, guma lub suche drewno. Trzeci rodzaj materiału to ciało stałe, w którym stosunkowo niewielka liczba elektronów może zostać uwolniona z atomów, tak że pozostawiają one „przerwę” w miejscu elektronu. Przerwa reprezentująca brak elektronu ujemnego zachowuje się tak, jakby była jednostką ładunku dodatniego. Pole elektryczne powoduje, że zarówno elektrony ujemne, jak i pustki dodatnie przemieszczają się przez materiał, tworząc w ten sposób prąd elektryczny.

ESKD „Symbole warunkowe w schematach”. GOST 2.721-74 - 2.758-81.

Odbiorniki, źródła:

–Element jest galwaniczny;

- lampa żarowa;

- Generator prądu stałego typu elektromechanicznego;


–Resistor;

Zazwyczaj ciało stałe tego typu półprzewodnika ma rezystancję większą niż przepływ prądu niż przewodnik, taki jak miedź, ale mniejszą niż izolator, taki jak szkło. Jeśli większość prądu odpowiada dodatnim otworom, to mówią, że jest to typ p. Gdyby materiał był idealnym przewodnikiem, oskarżenia rozprzestrzeniłyby się po nim bez żadnego oporu; ze swojej strony idealna izolacja nie pozwoli mu się naładować. Nieznana substancja wykazująca którekolwiek z tych ekstremalnych zachowań w temperaturze pokojowej.


–Potencjometr;


–Reostat;

–Cewka indukcyjna;

–Kondensator.

W tej temperaturze najlepsze przewodniki zapewniają bardzo niską oporność na przepływ prądu, a najlepsze izolatory zapewniają wysoką rezystancję. Przepływ ładunku przez kabel nazywany jest prądem lub prądem elektrycznym, a liczba wisiorków przechodzących przez drugi w pewnej części kabla. Jeden wisiorek na sekundę jest równy 1 amperowi, jednostce prądu elektrycznego.

Wymuszone użycie na jednostkę ładunku. Różnica potencjałów tworzy pole elektryczne. Różnica potencjałów jest stała. Gdy cząstki są ładowane między dwoma punktami przewodnika, praca jest wykonywana. Ilość energii potrzebnej do wykonania tej pracy na cząstce ładunku częściowego jest znana jako różnica potencjałów. Ta wartość jest mierzona w woltach. Gdy ładunek 1 wisiorka przechodzi przez różnicę potencjałów 1 wolta, wykonywana praca jest równa 1 dżulowi. Ta definicja ułatwia konwersję wielkości mechanicznych i elektrycznych.

Przełączanie urządzeń:

–Zwykle otwarty kontakt;


–Zwykle zamknięty kontakt;


–Przełącz kontakt.

Przyrządy wskazujące  (A, V, W):

Ziemia, duży przewodnik, który można uznać za prawie jednorodny do celów elektrycznych, jest często stosowana jako zerowy poziom odniesienia dla energii potencjalnej. Mówią więc, że potencjał dodatnio naładowanego ciała jest o tyle woltów wyższy od potencjału ziemi, a potencjał ujemnie naładowanego ciała jest o tyle woltów poniżej potencjału Ziemi.

Jeżeli dwa równe i przeciwne ciała ładunkowe są połączone za pomocą metalowego przewodnika, na przykład kabla, obciążenia są wzajemnie neutralizowane. Neutralizacja odbywa się poprzez przepływ elektronów przez przewodnik od ciała ujemnie naładowanego do dodatnio naładowanego. W każdym ciągłym układzie przewodników elektrony przemieszczają się od punktu o najmniejszym potencjale do punktu o największym potencjale. Taki układ nazywa się obwodem elektrycznym.

Konwertowanie urządzeń:

– Transformator powietrzny;

–– mostek diodowy (prostownik półfalowy);

–Inwerter.

Są to elementy, które tworzą obwód elektryczny. Elementy pasywne to te, które, gdy przepływający prąd tworzy różnicę potencjałów między ich zaciskami i rozprasza energię w postaci ciepła. Elementy aktywne to urządzenia zdolne do generowania napięcia lub prądu i dostarczania energii do danego obciążenia.

Te elementy można również wziąć. Elementy aktywne ⇒ Napięcie i prąd mają ten sam znak. Elementy pasywne ⇒ napięcie i prąd mają różne znaki. Źródła są elementami aktywnymi, w zależności od ich charakterystyki lub zachowania przed różnymi obciążeniami, możemy rozróżnić dwa typy: generatory napięcia i generatory prądu.

Schemat połączeńschemat obwodu elektrycznego przedstawiający połączenie rzeczywistych elementów tego obwodu.

Przykład Najprostszym obwodem elektrycznym jest ogniwo galwaniczne połączone z żarówką za pomocą przełącznika za pomocą przewodów łączących. Aby zmierzyć napięcie i prąd, w obwodzie znajdują się woltomierz i amperomierz.

Źródło: baterie, baterie, generatory, prostowniki. Oznacza to, że prąd, który zapewniają, zależy tylko od obciążenia, do którego są podłączone. Wiemy, że w praktyce tak się nie dzieje, a prawdziwy generator dochodzący do pewnego maksymalnego prądu nie utrzymuje napięcia na zaciskach, ale maleje. W strefie 0 - A zachowanie rzeczywistych i idealnych źródeł jest bardzo przybliżone, dlatego w tej strefie, w celu uproszczenia analizy, rozważymy ideały dla wszystkich generatorów.

Są to te, które zapewniają prąd stały, niezależnie od tego, co jest podłączone do jego zacisków. W praktyce przekładnik prądowy aproksymuje tego rodzaju źródła w określonych granicach. Ścieżka lub ścieżka prądu elektrycznego. Termin ten jest używany głównie do zdefiniowania ciągłej ścieżki składającej się z przewodników oraz elementów pasywnych i aktywnych, która obejmuje źródło pola elektromagnetycznego, które przenosi prąd przez obwód. Obwód tego typu nazywany jest obwodem zamkniętym, a te, w których ścieżka nie jest ciągła, nazywane są otwartymi.


Funkcjonalne  (strukturalny, schemat blokowy) - schemat obwodu elektrycznego przedstawiający połączenie poszczególnych bloków złożonego obwodu elektrycznego, które pełnią określone funkcje  (wzmocnienie, rektyfikacja, odwracanie itp.)

Dwubiegunowaczęść obwodu elektrycznego rozpatrywana w odniesieniu do dowolnych dwóch zacisków.

Zwarcie to obwód, w którym bezpośrednie połączenie jest wykonywane bez zauważalnej rezystancji, indukcyjności lub pojemności między zaciskami źródła emf Głównym prawem przepływu jest prawo Ohma, zgodnie z tym prawem wielkość prądu przepływającego przez obwód utworzony z czystych rezystorów jest wprost proporcjonalna do emf. podawany do obwodu i jest odwrotnie proporcjonalny do ogólnej rezystancji obwodu i jest zwykle wyrażany wzorem.

Obwód szeregowy to obwód, w którym urządzenia lub elementy obwodów są rozmieszczone w taki sposób, że cały prąd przepływa przez każdy element bez podziału lub obejścia w obwodach równoległych. Gdy dwa lub więcej oporników jest połączonych szeregowo, całkowity opór jest obliczany przez zsumowanie wartości tych oporników. Jeśli rezystory są równoległe, wówczas ogólną wartość rezystancji obwodu uzyskuje się ze wzoru.

Quadripoleczęść obwodu elektrycznego mająca dwa zaciski wejściowe i dwa wyjściowe.

Obwód aktywnyczęść obwodu elektrycznego, w której źródła energii elektrycznej.

Obwód pasywnyczęść obwodu elektrycznego, w której nie ma źródła energii elektrycznej.

      Obwód zastępczy obwodu

      W obwodzie równoległym urządzenia elektryczne, takie jak żarówki lub ogniwa akumulatorowe, są rozmieszczone w taki sposób, że wszystkie bieguny, elektrody i dodatnie zaciski są połączone w jeden przewodnik, a wszystkie ujemne w drugim, dzięki czemu każda jednostka jest zasadniczo pochodną równoległą. Równolegle wartość dwóch równych rezystorów jest równa połowie wartości rezystorów składowych, aw każdym przypadku wartość rezystorów jest równolegle mniejsza niż wartość najmniejszego z każdego z oporników.

      Jeśli obwód ma kilka powiązanych ze sobą wniosków, konieczne jest zastosowanie dwóch innych praw w celu uzyskania prądu na podstawie różnych wniosków. „Skopiuj i wklej” poniższy link. Samochód, telewizja, radio, telefon, odkurzacz, komputery i wiele innych to urządzenia wymagające prostych, połączonych i złożonych obwodów elektrycznych. System elektryczny to ścieżka prądu przez przewodnik, od źródła energii do miejsca jej zużycia. Należy pamiętać, że każdy obwód ma wiele specyficznych cech.

Ani schemat funkcjonalny, ani schemat obwodów elektrycznych nie odzwierciedlają ilościowej strony procesów elektromagnetycznych zachodzących w elementach obwodu i determinujących tryb działania tego obwodu, niezależnie od konstrukcji i natury fizycznej tych elementów.

Równoważny obwód(obliczony odpowiednik modelu matematycznego) obwód elektrycznyschemat obwodu elektrycznego przedstawiający połączenie abstrakcyjnych, idealnych elementów, z wystarczającym przybliżeniem reprezentującym procesy elektromagnetyczne w obwodzie elektrycznym.

Należy je obserwować i porównywać, a tym samym uzyskać wnioski dotyczące obwodów elektrycznych. Aby przeanalizować obwód, nazwy elementów, które go tworzą, muszą być znane, w tym przewodnik, generator, rezystancja, węzeł, stos i inne. Ze względu na znaczenie układów elektrycznych prowadzone są dziś prawdziwe badania, które obejmują następujące elementy: Definicja układów elektrycznych, charakterystyka i podstawowe pojęcia układu elektrycznego. Elementy, komponenty i klasy układów elektrycznych są również szczegółowo opisane.

Na koniec podano krótkie wyjaśnienie przepisów mających zastosowanie do systemów elektrycznych i pokazano, że ukończono trzy przykłady. Prawdą jest jednak również to, że korzystanie z maszyn wskazuje na ryzyko dla personelu odpowiedzialnego za jego obsługę i kontrolę. W tym raporcie ważne jest podkreślenie i skoncentrowanie części maszyny elektrycznej i odpowiadającej jej funkcji w niej, co było widoczne podczas warsztatów z nauczycielem prowadzącym kurs. Obwód elektryczny musi zawierać te części lub stanowić ich część. Według rodzaju systemu: okresowy, przejściowy i stały.

W teorii obwodów elektrycznych rzeczywiste elementy tworzące obwód elektryczny są zastępowane abstrakcyjnymi idealnymi elementami o określonych właściwościach.

Co to za elementy? A jakie procesy elektromagnetyczne odbijają?

Zdjęcie pokazuje najprostszy obwód prądu stałego. Składa się z takich elementów, jak źródło zasilania akumulatorowego, wyłącznik zasilania, zmienny opór i żarówka (reprezentująca obciążenie elektryczne). Integralną częścią każdego obwodu elektrycznego jest samo źródło zasilania (prąd stały lub prąd przemienny, bez którego każdy obwód elektryczny jest tylko kupą metalu), samo obciążenie (ze względu na które wszystko było zamierzone, są to silniki elektryczne, żarówki, elementy grzejne itp.), Dobrze oraz urządzenia przełączające w postaci różnych przełączników i przełączników (konieczne jest sterowanie obwodem, przynajmniej włączanie i wyłączanie).

W naszym przypadku obwód elektryczny obwodu jest prądem stałym. Jakie są jego cechy szczególne i różnice w stosunku do obwodu prądu przemiennego? Z samej nazwy powinno być jasne, że w prądzie stałym jest pewna stałość! Polega on na tym, że nośniki prądu elektrycznego (elektrony, ujemnie naładowane cząstki elektryczne) poruszają się ściśle w jednym kierunku od minus do plus. Tak, warto to wyjaśnić. W rzeczywistości elektryczność porusza się od minus do plus (w ciałach stałych ruch elektronów), a od plus do minus (w cieczach i gazach, ruch jonów).

Obwód elektryczny prądu stałego jest zasilany ze źródła prądu stałego, które ma zacisk dodatni (jest dodatni) i ujemny (ujemny). Wewnątrz źródła prądu stałego, w normalnych warunkach, bieguny nie mogą się zmieniać, wyklucza to zasada jego działania i urządzenia. W elektrotechnice, a zwłaszcza w elektronice, istnieje wiele elementów funkcjonalnych, które działają na prąd stały. Podczas przykładania do nich prądu przemiennego (jeśli nie zapewnia go sam obwód), elementy albo po prostu nie działają, albo po prostu zawodzą. Wynika to z faktu, że prąd przemienny okresowo zmienia swoją biegunowość z plus na minus i odwrotnie (w zwykłej sieci miejskiej dzieje się to 50 razy na sekundę).

Jak już wspomniano na początku, najprostszy obwód elektryczny (bez względu na to, czy jest to zmienna czy stała) składa się ze źródła zasilania, obciążenia i urządzenia przełączającego (przełączników). W takim obwodzie obwodu elektrycznego energia jest wytwarzana przez źródło i dostarczana do ładunku wykonującego określoną użyteczną pracę. Oczywiście bez przełączników problematyczne będzie kontrolowanie działania obwodu elektrycznego. Każdy obwód elektryczny zawiera funkcję włączania i wyłączania. Narysowana na schemacie (nasz schemat prostego obwodu prądu stałego) dodatkowa zmienna rezystancja pokazuje, że istnieje pewien element, który może zmienić swoją oporność elektryczną, wpływając w ten sposób na ilość prądu w obwodzie elektrycznym.

Na schemacie obwodu elektrycznego prądu stałego widać, że prąd płynie od plusa do minusa (wskazane strzałkami), a powiedziano powyżej, że w rzeczywistości prąd przesuwa się od minus do plusa (w ciałach stałych). Czym jest ta rozbieżność? Naukowcy po prostu zaakceptowali, że taki ruch prądu elektrycznego powinien być wyznaczony w obwodzie. Ale to niczego szczególnie nie wpływa. Znając konwencje dotyczące obwodów elektrycznych i fizyczną zasadę prądu elektrycznego, pracujemy z obwodem, pisząc go lub wykorzystując podczas naprawy lub montażu. W elektronice na schematach widać strzałki umieszczone na samych elementach funkcjonalnych. Pokazują kierunek przepływu prądu, jak to było zwyczajowo w symbolu.

W bardziej złożonych obwodach elektrycznych do obwodów rozszerzane są dodatkowe urządzenia i elementy, które rozszerzają ogólną funkcjonalność. Każdy szczegół, element przy podawaniu do niego napięcia lub przepuszczaniu prądu elektrycznego ma swoją własną specyficzną cechę. Chociaż ogólnie, co można zrobić z elektrycznością ze źródła zasilania? Zmień tylko początkową charakterystykę, a mianowicie zwiększ lub zmniejsz napięcie, prąd, częstotliwość (jeśli jest to prąd przemienny lub pulsacyjny). Włącz lub wyłącz schemat połączeń.

P.S. Każdy obwód elektryczny obwodu może być reprezentowany jako główne części funkcjonalne, a mianowicie część źródła zasilania, część sterowania i przełączania, część bezpośredniego obciążenia (dla której wszystko zostało zorganizowane). Po prostu mentalnie dzielimy obwód na te części i komponujemy główne bloki funkcjonalne, moduły, elementy. Co więcej, wszystko zaczyna się układać. Nawet dość skomplikowany schemat (na pierwszy rzut oka) zaczyna być prosty i zrozumiały z punktu widzenia jego pracy.