Пассивные элементы электрической цепи
В реальных пассивных элементах цепи (резистор, катушка индуктивности, конденсатор) одновременно происходит необратимое рассеяние электрической энергии (потери на тепло), создание магнитного поля и запасание в нем энергии, создание электрического поля и запасание в нем энергии.
Степень проявления этих эффектов в каждом из пассивных элементов различна и зависит от многих факторов. Например, в конденсаторе, помимо основного процесса накопления энергии в виде электрического поля, могут наблюдаться побочные (паразитные) процессы создания магнитного поля и выделения теплоты
Идеальные пассивные элементы. Используют три идеальных пассивных элемента: сопротивление, индуктивность и емкость. В каждом из этих элементов наблюдается только основной энергетический процесс.
Сопротивление (
-элемент) — идеальный пассивный элемент, в котором электрическая энергия необратимо преобразуется в тепловую энергию. Количественно способность -элемента преобразовывать электрическую энергию в тепловую характеризуется параметром, называемым сопротивлением . Величина 
называется проводимостью. Сопротивление измеряется в омах (Ом), а проводимость — в сименсах (См).
Условное графическое обозначение -элемента (сопротивления) приведено на рис. 1.2,а. Рассмотрим случай, когда к сопротивлению приложено внешнее постоянное напряжение 
, равное разности потенциалов точек 1 и 2, т.е. 
(рис.1.2,а).
Электрическое поле, возникающее в сопротивлении между точками 1 и 2, воздействует на свободные носители зарядов сопротивления и вызывает в нем электрический ток. Так как 
, ток направлен от точки 1 к точке 2. Для напряжения , как и для тока 
, выбирают условно положительное направление и указывают его стрелкой (рис. 1.2).
Зависимость тока элемента от приложенного к этому элементу напряжения называют вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Связь тока сопротивления и приложенного к нему напряжения для сопротивления устанавливается законом Ома 
. Из приведенного выражения следует, что, если сопротивление -элемента постоянно и не зависит от приложенного к нему напряжения, то его ВАХ — прямая, проходящая через начало координат (рис. 1.2,б). Такой -элемент является линейным.
Мгновенная мощность электрического тока в -элементе 
. Она является квадратичной функцией тока или напряжения и не может принимать отрицательных значений, следовательно, энергия всегда поступает от источника в элемент.
В электрической цепи при прохождении тока происходит ряд превращений энергии. Во внешнем участке цепи работу по перемещению электрических зарядов совершают силы стационарного электрического поля. Энергия этого поля в общем случае может превращаться в другие виды энергии: механическую, тепловую, энергию электромагнитного излучения.
В сопротивлении (-элементе) работа электрического поля приводит только к его нагреванию. Количество выделившейся теплоты равно совершаемой током работе. Это следует из закона Джоуля-Ленца, в соответствии с которым количество теплоты 
, выделяемой током 
на участке цепи в течение времени 
, равно 
.
По своим свойствам к -элементу наиболее близок реальный пассивный элемент, называемый резистором.
Индуктивность (
-элемент) — идеальный пассивный элемент, обладающий способностью создавать магнитное поле и накапливать в нем энергию. В индуктивности запасание энергии электрического ноля или преобразование электрической энергии в другие виды энергии не происходит. Условное графическое обозначение индуктивности показано на рис. 1.3.
Количественно способность -элемента накапливать энергию магнитного поля характеризуется параметром, называемым индуктивностью. Индуктивность определяется по формуле 
, где 
— число витков катушки, 
— магнитный поток катушки, возбуждаемый током 
— потокосцепление. Магнитный поток и потокосцепление измеряют в веберах (Вб), индуктивность — в генри (Гн).
У линейной индуктивности индуктивность сеть величина постоянная, она не зависит от тока и, следовательно, характеристика 
линейна.
Если потокосцепление 
, т.е. изменяется во времени, то по закону электромагнитной индукции в индуктивности наводится ЭДС самоиндукции 
. Знак минус в этом выражении обусловлен тем, что ЭДС самоиндукции противодействует изменению потокосцепления 
и, следовательно, изменению тока 
.
Величину 
называют индуктивным напряжением. Для линейной индуктивности
Близким по свойствам к индуктивности является реальный пассивный элемент электрической цепи — индуктивная катушка (катушка индуктивности). В катушке индуктивности происходит не только запасание энергии магнитного поля, но и преобразование электрической энергии в тепловую.
Емкостью (
-элементом) называют идеальный элемент, способный создавать электрическое поле и накапливать в нем энергию. Параметром, характеризующим эту способность, является емкость 
. Здесь 
и 
заряд и напряжение на емкости. Единица измерения емкости — фарада (
). Запасания энергии магнитного поля или преобразования электрической энергии в другие виды энергии в С-элементе не происходит. Условное графическое обозначения емкости приведены на рис. 1.4.
В линейном -элементе емкость есть величина постоянная, не зависящая от приложенного к ней напряжения 
. Поэтому зависимость 
является линейной.
Для линейной емкости связь между током и напряжением
По свойствам к емкости наиболее близок реальный пассивный элемент, называемый конденсатором.
Реальные пассивные элементы. В отличие от идеальных пассивных элементов в реальных пассивных элементах наряду основным энергетическим процессом происходят побочные (паразитные) процессы. Для их учета в реальных элементах строят их схемы замещения, которые являются определенной комбинацией отдельных идеальных элементов.
Конфигурация схемы замещения и значения параметров образующих ее идеальных элементов могут быть разными. Они определяются рабочей частотой, конструктивными и технологическими особенностями изготовления реального элемента, а также требуемой точностью анализа. В каждом из этих случаев схема замещения будет разной.
При работе на высоких частотах вследствие наличия магнитного и электрического полей резистор наряду с сопротивлением имеет некоторую индуктивность и емкость. В схеме замещения резистора (рис. 1.5,а) на высоких частотах 
-элемент основной, он учитывает сопротивление токопроводящего слоя резистора, а элементы 
и 
— паразитные, учитывающие соответственно магнитный поток и электрическое поле резистора.
Реальный пассивный элемент — катушка индуктивности представляет собой обмотку, состоящую из достаточно большого числа круговых витков, размещенных, например, на прямолинейном сердечнике. В схеме замещения катушки индуктивности (рис. 1.5, б), используемой при работе на высоких частотах, 
является основным параметром, a 
(сопротивление обмотки катушки) и (межвитковая емкость) — паразитные.
В схеме замещения реального пассивного элемента, называемого конденсатором, (рис. 1.5, в), используемой при работе на высоких частотах, — основной элемент; 
— паразитные элементы, учитывающие соответственно потери в диэлектрике и индуктивность выводов.
При работе на низких частотах, как правило, влиянием паразитных идеальных элементов 
на процессы в реальных пассивных элементах можно пренебречь. В этих случаях схемой замещения резистора является сопротивление, катушки индуктивности — индуктивность, конденсатора -емкость.
Графическое изображение схем замещения реальных элементов, отображающее соединение реальных элементов электрической цепи и ее свойства, называют схемой замещения электрической цепи иногда просто схемой цепи.
Эта теория взята со страницы помощи с заданиями по электротехнике:
Возможно эти страницы вам будут полезны:
| Источники электрической энергии |
| Основные законы электрических цепей |
| Основные понятия, элементы и законы электрических цепей |
| Измерения в цепях постоянного и переменного тока низкой частоты |
