Режимы работы источников Э.Д.С.

а) Режим короткого замыкания

Рис. 2.3. Режим короткого замыкания

Если полюса генератора замкнуть проводником с малым сопротивлением, по сравнению с внутренним сопротивлением источника Э.Д.С., то это будет режим короткого замыкания.

В цепи останется одно внутреннее сопротивление самого источника и ток будет равен I_к.з. = E / r_0; U = 0.

если r₀=0,1Ом при E=200В, то I_к.з. = 200 / 0.1 = 2000 A

Режим короткого замыкания опасен для источников Э.Д.С. с малым внутренним сопротивлением, так как в этом случае возникает недопустимо большой ток и произойдет разрушение источника Э.Д.С.

б) Режим холостого хода

Рис. 2.4. Режим холостого хода

Это такой режим работы генератора, при котором присоединенная электрическая цепь разомкнута, и тока в цепи нет.

I=0;

E=U.

в) Режим нагрузки

Рис. 2.5. Режим нагрузки

Это такой режим работы генератора, при котором электрическая цепь замкнута и по ней проходит ток, зависящий от сопротивлений, включенных в цепь

I = E / (R + r₀);

U = E - U₀.

I-й закон Кирхгофа

Сумма токов, подходящих к узлу, равна сумме токов, отходящих от узла

Рис. 2.6. Первый закон Кирхгофа

I₁+I₂=I₃+I₄+I₅

I₁+I₂-I₃-I₄-I₅=0; ΣI=0

Й закон Кирхгофа

Рис. 2.7. Второй закон Кирхгофа

Во всякой замкнутой электрической цепи алгебраическая сумма Э.Д.С. равна алгебраической сумме падений напряжений на сопротивлениях, входящих в эту цепь.

При этом положительными считают Э.Д.С., направления которых совпадают с направлением обхода по контуру.

Падение напряжения на сопротивлении положительно там, где направление тока совпадает с направлением обхода.

E₁ - E₂ = I · R₁ + I · r₂ + I · R₂ + I · r₁

ΣE=Σ(I · R)

Последовательная электрическая цепь

Рис. 2.8. Последовательная электрическая цепь

Имеется электрическая цепь, в которой последовательно включены 3 прибора, обладающие разными сопротивлениями.

Ток в цепи везде одинаков.

Общее сопротивление цепи равно сумме отдельных сопротивлений:

R_общ. =R₁+R₂+R₃;

Ток будет равен: I = U / R_общ.

Напряжение распределяется между участками последовательной цепи пропорционально их сопротивлениям. На участке с большим сопротивлением падение напряжения больше.

U₁=IR₁

U₂=IR₂

U₃=IR₃

Общее напряжение, приложенное к последовательной цепи, равно сумме напряжений на отдельных участках

U = U₁ + U₂ + U₃

Параллельное соединение

Рис. 2.9. Параллельное соединение

Смешанное соединение

Рис. 2.10. Смешанное соединение

Смешанное соединение представляет собой комбинацию последовательного и параллельного соединений.

Электрический ток

Работа и мощность электрического тока

Превращение электрической энергии в другой вид энергии (тепловую, световую, механическую) называется работой электрического тока.

Скорость, с которой совершается работа, называется мощностью:

P = A / t, Вт, где

P - мощность, Вт

A - работа, Дж

t - время, сек

Единица измерения мощности - Ватт (Вт)

1 Вт = 1 Дж / 1 сек

Мощность в 1 Вт - есть мощность тока в 1 A при напряжении 1 В.

1 Вт=1 A · 1 В ( P = I · U ).

Из закона Ома: P =U²/R ; P=I²R.

Работа электрического тока или расход электрической энергии, учитывается за время прохождения тока. Чем больше времени проходит ток, тем больше работа тока.

Основной единицей измерения работы является джоуль (Дж).

1 Дж = 1 В · 1 A · 1 сек = 1 Вт · сек

Более крупными единицами измерения работы являются - Вт · час; кВт час.

Тепловое действие тока (Q)

При прохождении тока по проводнику проводник нагревается. Количество электрической энергии, преобразованной в тепловую за время t, определяется выражением

Q = I² · R · t; Дж

Нагрев проводника может происходить не только вследствие прохождения по нему повышенного тока, но и вследствие повышения сопротивления проводника.

При неплотном контакте, в месте соединения проводников, переходное сопротивление их возрастает, происходит усиленное выделение тепла, что в конечном итоге может привести к пожару.

Допустимая плотность тока (δ)

Каждый проводник в зависимости от условий может пропустить через себя, не перегреваясь, ток, не превышающий некоторую допустимую величину

δ = I / S ; A/мм²

Допустимая плотность тока зависит от материала провода, вида изоляции, сечения, условий охлаждения.

Средством защиты электрических цепей от повышенного тока являются плавкие предохранители, тепловые реле и другие устройства.