Если в результате раснетов напряжение на рассматриваемом участке цепи получится со знаком плюс, значит направление напряжения совпадает с направлением, условно принятым за положительное, если напряжение получится со знаком минус - его направление противоположно условно-положительному.

Электродвижущая сила

При перемещении сторонними силами носителя электрического заряда внутри источника энергия процессов, вызывакйцих эти силы, преобразуется в электрическую энергию. Источники электрической энергии характеризуются электродвижущей силой (э.д. с), которая может быть определена как работа сторонних спл, затрачиваемая на перемещение единичного положительного заряда внутри источника от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с большим потенциалом. Независимо от природы сторонних сил э. д. с. источника численно равна напряжению между зажимами источника энергии при ожутствии в нем тока. Электродвижущая сила - скалярная величина, направление которой совпадает с направлением перемещения положительных зарядов внутри источника, т. е. с направлением тока. Напряжение на участке цепи и э. д. с. являются функциями времени, либо сохраняют постоянные значения. Постоянные напряжения и э. д. с. обозначают соответственно {У и Переменные напряжения и э. д. с. характеризуют мгновенными значениями и обозначают соответственно и = и (t) и е = е (t).

Мощность и энергия

Пусть разность потенциалов точек А и Б электрической цепи равна и. При перемещении элементарного электрического заряда dq через участок цепи, лежащий между этими точками, силы электрического поля совершают элементарную работу, которая в соответствии с (1.2) и (1.1) равна

dw = udq = uidt. (1.3)

Элементарная работа характеризует изменение энергии электрического поля и количественно равна энергии, поступившей в рассматриваемый участок цепи за промежуток времени dt. Эту энергию к моменту времени t = ti определяют интегрированием (1.3):

© = uy(/i)= J uidt. (1.4)

- оо

Нижний предел интегрирования t - -се выбирают для того, чтобы учесть все поступления энергии в цепь. Если для любого момента времени t энергии w (t) > О, то рассматриваемый участок цепи является потребителем энергии и называтся пассивным. Если хотя бы для какого-то момента времени энергия оу (/) < О, то участок цепи содержит источники энергии и называется активным.

Производная энергии по времени, т. е. скорость поступления энергии в текущий момент времени t, представляет собой мгновенную мощность участка цепи

р dwidt ui. (1.5)

Как видно из выражения (1.5), мгновенная мощность равна произведению мгновенных значений напряжения и тока. Если в рассматриваемый момент времени направления тока и напряжения совпадают, то мгновенная мощность исследуемого участка цепи положительна. Это означает, что в данный момент времени участок цепи получает электрическую энергию от остальной части цепи. Если направления напряжения и тока не совпадают, значение мгновенной мощности р отрицательно, в данный момент времени участок цепи отдает электрическую энергию остальной части цепи.

Подставляя выражение (1.5) в (1.4), выразим энергию, поступившую в участок цепи к моменту времени t = /j, через мгновенную мощность

w{t) = j pdt. (1.6)

Очевидно, что энергия W, поступившая в цепь за промежуток времени = t<i - 1, также может быть выражена через мгновенную мощность р:

W =да(4)-да(х)=-- pdt.

В системе единиц СИ работу и энергию выражают вджоулях (Дж), а мощность - в ваттах (Вт).

Схема электрической цепи

Электрическая схема- это условное графическое изображение электрической цепи. В электротехнике и радиоэлектронике встречаются различные типы электрических схем: структурные, принципиальные и эквивалентные (расчетные) схемы.

Структурная электрическая схема это условное графическое изображение реальной цепи, на котором отражены только важнейшие функциональные части цепи и основные связи между ними.

Принципиальная электрическая схема представляет собой графическое изображение реальной цепи, на котором с помощью условных графических обозначений показаны все элементы цепи и все соединения между ними Каждому реальному элементу электрической цепи (транзистору, резистору, конденсатору, трансформатору и т. п.) соответствуют условные графическое и буквенное обозначения, определяемые действующими стандартами ЕСКД.

Эквивалентной, или расчетной, электрической схемой цепи называется условное графическое изображе-

ние моделирующей цепи, т. е. цепи, составленной из идеализированных элементов, замещающей исследуемую реальную цепь в рамках решаемой задачи. Каждому идеализированному элементу цепи присваиваются определенные условные графическое и буквенное обозначения (эти обозначения не стандартизированы). Эквивалентная схема цепи может быть получена из принципиальной электрической схемы, если каждый изображенный на ней реальный элемент заменить его эквивалентной схемой или схемой замещения.

Схема замещения реального элемента представляет собой условное графическое изображение идеализированной электрической цепи, моделирующей данный элемент в рамках поставленной задачи.

Следует иметь в виду, что в зависимости от обстоятельств (требуемая точность расчета, диапазон исследуемых час-тот, используемый метод расчета и т. п.) каждому элементу электрической цепи и всей цепи в целом могут быть поставлены в соответствие различные моделирующие цепи и различные эквивалентные электрические схемы, в частности: эквивалентные схемы пени по постоянному и по переменному токам, для высоких и низких частот, для мгновенных значений токов и напряжений и для преобразованных токов и напряжений.

Отметим, что в целях компактности изложения в литературе часто не делается различий между моделирующей цепью (которая строится только мысленно) и эквивалентной схемой цепи (схемой замещения), при этом схема замещения непосредственно рассматривается как расчетная модель цепи.

§ 1.2. ИДЕАЛИЗИРОВАННЫЕ ПАССИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Сопротивление

Используемые в теории цепей идеализированные двухполюсные элементы - сопротивление, емкость и индуктивность - являются пассивными, так как энергия, потребляемая ими от остальной части цепи в любой момент времени, положительна или равна нулю.

Сопротивление - идеализированный пассивный элемент, в котором электрическая энергия необратимо преобразуется в какой-либо другой вид энергии, например в тепловую, механическую или световую. Запасания энергии электрического или магнитного полей в сопротивлении не происходит. Термин «сопротивление» используют не только для обозначения идеализированного элемента, но и как количественную характеристику способности этого элемента преобразовывать электрическую энергию в другие виды энергии.

По свойствам к идеализированному пассивному элементу - сопротивлению наиболее близки высококачественные резисторы - реальные элементы электрической пени, в которых электрическая энергия в основном преобразуется в тепловую. Важнейшей характеристикой резистора, которая определяет меру преобразования электрической энергии в тепловую, является его сопротивление. Помимо основного процесса -преобразования электрической энергии в теп-