Простые электрические цепи: строение, виды и основные характеристики

Что такое простая электрическая цепь. Какие основные элементы входят в состав электрической цепи. Чем отличаются последовательное и параллельное соединение элементов. Как рассчитать основные параметры простых цепей.

Что такое простая электрическая цепь и из каких элементов она состоит

Простая электрическая цепь — это замкнутый контур, по которому может протекать электрический ток. Она состоит из следующих основных элементов:

• Источник электрической энергии (например, батарейка или генератор)
• Потребитель электрической энергии (лампочка, двигатель и т.д.)
• Соединительные провода
• Коммутационные устройства (выключатели, переключатели)
• Элементы защиты и управления (предохранители, реле)

Для протекания тока необходимо наличие замкнутой цепи между положительным и отрицательным полюсами источника питания. При размыкании цепи ток прекращается.

Основные характеристики электрической цепи

К основным характеристикам электрической цепи относятся:

• Напряжение (U) — разность потенциалов между двумя точками цепи, измеряется в вольтах (В)
• Сила тока (I) — количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника за единицу времени, измеряется в амперах (А)
• Сопротивление (R) — свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока, измеряется в омах (Ом)
• Мощность (P) — работа электрического тока в единицу времени, измеряется в ваттах (Вт)

Связь между этими величинами описывается законом Ома: I = U / R.

Виды соединений элементов в электрической цепи

Существует два основных способа соединения элементов в электрической цепи:

Последовательное соединение

При последовательном соединении элементы цепи располагаются друг за другом, образуя один контур. Ток через все элементы одинаков, а напряжение распределяется пропорционально их сопротивлению.

Параллельное соединение

При параллельном соединении элементы подключаются к одним и тем же точкам цепи, образуя отдельные ветви. Напряжение на всех элементах одинаково, а ток делится между ветвями обратно пропорционально их сопротивлению.

Расчет параметров простых электрических цепей

Для расчета параметров простых электрических цепей используются следующие формулы:

Последовательное соединение:

• Общее сопротивление: R = R1 + R2 + R3 + …
• Общее напряжение: U = U1 + U2 + U3 + …
• Ток во всех элементах одинаков: I = I1 = I2 = I3

Параллельное соединение:

• Общая проводимость: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …
• Общий ток: I = I1 + I2 + I3 + …
• Напряжение на всех элементах одинаково: U = U1 = U2 = U3

Примеры простых электрических цепей

Рассмотрим несколько примеров простых электрических цепей:

Цепь с одним резистором

Простейшая электрическая цепь состоит из источника питания и одного резистора. Ток в такой цепи рассчитывается по закону Ома: I = U / R.

Цепь с двумя последовательно соединенными резисторами

При последовательном соединении двух резисторов их общее сопротивление равно сумме сопротивлений: R = R1 + R2. Ток в цепи: I = U / (R1 + R2).

Цепь с двумя параллельно соединенными резисторами

При параллельном соединении двух резисторов их общее сопротивление рассчитывается по формуле: 1/R = 1/R1 + 1/R2. Ток в неразветвленной части цепи: I = U / R.

Применение простых электрических цепей

Простые электрические цепи находят широкое применение в различных областях:

• Бытовые электроприборы (лампы, обогреватели, вентиляторы)
• Автомобильная электрика (система освещения, стартер, звуковой сигнал)
• Электронные устройства (калькуляторы, часы, пульты дистанционного управления)
• Системы сигнализации и безопасности
• Измерительные приборы (вольтметры, амперметры, омметры)

Понимание принципов работы простых электрических цепей является основой для изучения более сложных электротехнических устройств и систем.

Методы анализа простых электрических цепей

Для анализа простых электрических цепей используются различные методы:

Метод эквивалентных преобразований

Этот метод основан на замене сложных участков цепи более простыми, но эквивалентными по своим электрическим свойствам. Например, несколько последовательно соединенных резисторов можно заменить одним с суммарным сопротивлением.

Метод узловых потенциалов

Метод узловых потенциалов позволяет найти напряжения в узлах цепи относительно базового узла. Зная узловые потенциалы, можно определить токи во всех ветвях.

Метод контурных токов

В этом методе вводятся контурные токи — условные токи, протекающие по замкнутым контурам цепи. Составляются уравнения для контурных токов, решая которые можно найти реальные токи в ветвях.

Метод наложения

Метод наложения применяется для линейных цепей с несколькими источниками. Действие всех источников рассматривается по отдельности, а затем результаты складываются.

Правила безопасности при работе с электрическими цепями

При работе с электрическими цепями необходимо соблюдать следующие правила безопасности:

• Перед началом работы убедитесь, что цепь обесточена
• Используйте инструменты с изолированными ручками
• Не прикасайтесь к оголенным проводам и контактам
• Работайте в сухом помещении на изолирующем покрытии
• При измерениях в цепях под напряжением соблюдайте особую осторожность
• Не превышайте допустимые значения тока и напряжения для элементов цепи
• При обнаружении неисправности немедленно отключите питание

Соблюдение этих правил поможет избежать поражения электрическим током и повреждения оборудования.

Простейшая электрическая цепь постоянного тока

Простейшая электрическая цепь постоянного тока Категория: Сварка металлов Простейшая электрическая цепь постоянного тока Для возникновения электрического тока необходимо создать электрическую цепь. Простейшая электрическая цепь постоянного тока состоит из следующих основных элементов: источника электрической энергии, приемника (потребителя) электрической энергии, соединительных проводов. Вспомогательными элементами электрической цепи являются выключатель и электроизмерительные приборы. В качестве источника электрической энергии использована аккумуляторная батарея, развивающая электродвижущую силу Е и имеющая собственное внутреннее сопротивление г. Потребителем, имеющим сопротивление R, может служить электродвигатель, лампочка, нагревательное устройство и др. Для измерения силы тока и напряжения в цепи имеются амперметр и вольтметр. Источник электроэнергии, преобразуя другие виды энергии в электрическую, поддерживает электрический ток в цепи. В различных приемниках (потребителях) электроэнергия преобразуется в другие виды энергии — механическую, тепловую, лучистую и др. Соединительные провода служат для передачи электроэнергии от источника к потребителю. Рис. 1. Участок электрической цепи В замкнутой электрической цепи сила тока пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. Под полным сопротивлением цепи понимается сумма сопротивлений внешнего R и внутреннего г участков цепи. Сопротивление соединительных проводов, как правило, величина небольшая, и ее можно не учитывать. Закон Ома является одним из основных в электротехнике. Пользуясь им и выводами, которые из него следует, можно производить простейшие расчеты электрических цепей. Закон Ома справедлив не только для полной замкнутое электрической цепи, но и для любого ее участка (рис. 2). Простейшим примером участка цепи является электроутюг, включенный в розетку. В этом случае закон Ома выражает зависимость между силой тока на участке, напряжением (разностью электрических потенциалов) на зажимах (концах) участка и его сопротивлением: Сила тока пропорциональна напряжению на концах участка цепи и обратно пропорциональна его сопротивлению. Из закона Ома для участка цепи следует: 1) U, напряжение на концах участка цепи численно равно произведению силы тока на сопротивление участка; 2) R, сопротивление, участка цепи численно равно падению напряжения на этом участие, деленному на силу тока в нем. Реклама: Читать далее: Энергия и мощность электрического тока Статьи по теме: Устройства для отсоса вредных газов Размещение сварочного оборудования Требования по технике безопасности, предъявляемые к сварочному оборудованию Установки для специальной газопламенной обработки Резаки для газовой разделительной резки Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

Расчет простых электрических цепей

Обратная связь

Решение любой задачи по расчету электрической цепи следует начинать с выбора метода, которым будут произведены вычисления. Как правило, одна и таже задача может быть решена несколькими методами. Результат в любом случае будет одинаковым, а сложность вычислений может существенно отличаться. Для корректного выбора метода расчета следует сначала определится к какому классу относится данная электрическая цепь: к простым электрическим цепям или к сложным. К простым относят электрические цепи, которые содержат либо один источник электрической энергии, либо несколько находящихся в одной ветви электрической цепи. Ниже изображены две схемы простых электрических цепей. Первая схема содержит один источник напряжения, в таком случае электрическая цепь однозначно относится к простым цепям. Вторая содержит уже два источника, но они находятся в одной ветви, следовательно это также простая электрическая цепь. Расчет простых электрических цепей обычно производят в такой последовательности: Сначала упрощают схему последовательно преобразовав все пассивные элементы схемы в один эквивалентный резистор. Для этого необходимо выделять участки схемы, на которых резисторы соединены последовательно или параллельно, и по известным формулам заменять их эквивалентными резисторами (сопротивлениями). Цепь постепенно упрощают и приводят к наличию в цепи одного эквивалентного резистора. Далее подобную процедуру проводят с активными элементами электрической цепи (если их количество более одного источника). По аналогии с предыдущим пунктом упрощаем схему до тех пор, пока не получим в схеме один эквивалентный источник напряжения. В итоге мы приводим любую простую электрическую схему к следующему виду: Теперь есть возможность применить закон Ома — соотношение (1.22) и фактически определить значение тока протекающего через источник электрической энергии. Теперь поэтапно эквивалентную схему преобразовывают к начальному виду. После каждого пункта «усложнения» схемы используя законы Ома и Кирхгофа определяют токи и напряжения на отдельных участках схемы. Фактически выполняются действия, обратные описанным в пункте 1 и 2. По окончании этого пункта получаем полный расчет электрической цепи. Описанная методика применима для расчета любых простых электрических цепей, типовые примеры приведены в примере №4 и в примере №5. Иногда расчеты подобным методом могут оказатся довольно объемыми и длительными. Поэтому после нахождения решения будет нелишним провести проверку правильности ручных расчетов с применением специализированных программ или составлением баланса мощностей. Расчет простой электрической цепи в сочетании с составлением баланса мощностей приведен в примере №6. Сложные электрические цепи К сложным электрическим цепям относят цепи, содержащие несколько источников электрической энергии, включенных в разные ветви. Ниже на рисунке изображены примеры таких цепей. Для сложных электрических цепей неприменима методика расчета простых электрических цепей. Упрощение схем невозможно, т.к. нельзя выделить на схеме участок цепи с последовательным или параллельным соединением однотипных элементов. Иногда, преобразование схемы с ее последующим расчетом все-таки возможно, но это скорее исключение из общего правила. Для полного расчета сложных электрических цепей обычно используют следующее методы: Применение законов Кирхгофа (универсальный метод, сложные расчеты системы линейных уравнений). Метод контурных токов (универсальный метод, расчеты немного проще чем в п.1) Метод узловых напряжений (универсальный метод, расчеты немного проще чем в п.1) Принцип наложения (универальный метод, несложные расчеты) Метод эквивалентного источника (удобен когда необходимо произвести не полный расчет электрической цепи, а найти ток в одной из ветвей). Метод эквивалентного преобразования схемы (применим довольно редко, простые расчеты). Особенности применения каждого метода расчета сложных электрических цепей более подробно изложены в соответсвующих подразделах.



Определение простой последовательной электрической цепи

Освоение основ электроники означает понимание схем, принципов их работы и способов расчета таких параметров, как общее сопротивление различных типов цепей. Схемы реального мира могут быть сложными, но вы можете понять их, используя базовые знания, полученные из более простых, идеализированных схем.

Два основных типа цепей — последовательные и параллельные. В последовательной цепи все компоненты (например, резисторы) расположены в линию, а цепь составляет один контур провода. Параллельная цепь разделяется на несколько путей с одним или несколькими компонентами на каждом. Расчет последовательных цепей прост, но важно понимать различия и то, как работать с обоими типами.

Основы электрических цепей

Электричество течет только по цепям. Другими словами, ему нужен полный цикл, чтобы что-то работало. Если вы разорвете эту петлю с помощью переключателя, питание перестанет поступать, и ваш свет (например) выключится. Простым определением схемы является замкнутый контур проводника, по которому могут перемещаться электроны, обычно состоящий из источника питания (например, батареи), электрического компонента или устройства (например, резистора или лампочки) и проводящего провода.

Чтобы понять, как работают электрические схемы, вам потребуется освоить базовую терминологию, но вы будете знакомы с большинством терминов из повседневной жизни.

«Разность потенциалов» — это термин, обозначающий разницу в электрической потенциальной энергии между двумя точками на единицу заряда. Батареи работают, создавая разность потенциалов между двумя их клеммами, что позволяет току течь от одной к другой, когда они подключены к цепи. Потенциал в одной точке технически является напряжением, но на практике важна разница в напряжении. 5-вольтовая батарея имеет разность потенциалов 5 вольт между двумя клеммами, а 1 вольт = 1 джоуль на кулон.

Подсоединение проводника (например, провода) к обеим клеммам батареи создает цепь, по которой течет электрический ток. Ток измеряется в амперах, что означает кулоны (заряда) в секунду.

Любой проводник будет иметь электрическое «сопротивление», что означает противодействие материала протеканию тока. Сопротивление измеряется в омах (Ом), и проводник с сопротивлением 1 Ом, подключенный к напряжению 1 вольт, пропускает ток силой 1 ампер.

Соотношение между ними заключено в законе Ома:

V=IR

Другими словами, «напряжение равно току, умноженному на сопротивление».

Последовательные и параллельные схемы

Два основных типа схем отличаются тем, как в них расположены компоненты.

Простое определение последовательной цепи: «Цепь с компонентами, расположенными по прямой линии, так что весь ток протекает через каждый компонент по очереди». Если вы создали базовую петлевую цепь с батареей, подключенной к двум резисторам, а затем подключили обратно к батарее, два резистора будут включены последовательно. Таким образом, ток будет идти от положительного вывода батареи (по соглашению вы считаете, что ток выходит из положительного конца) к первому резистору, от него ко второму резистору, а затем обратно к батарее.

Параллельная цепь отличается. Цепь с двумя параллельными резисторами будет разделена на две дорожки с резистором на каждой. Когда ток достигает соединения, такое же количество тока, которое входит в соединение, также должно покинуть соединение. Это называется законом сохранения заряда или, в частности, для электроники — действующим законом Кирхгофа. Если два пути имеют одинаковое сопротивление, по ним будет течь одинаковый ток, поэтому, если ток 6 ампер достигнет соединения с одинаковым сопротивлением на обоих путях, по каждому потечет 3 ампера. Затем пути воссоединяются перед повторным подключением к батарее, чтобы замкнуть цепь.

Расчет сопротивления последовательной цепи

Расчет общего сопротивления нескольких резисторов подчеркивает различие между последовательными и параллельными цепями. Для последовательной цепи общее сопротивление ( R _total ) равно сумме отдельных сопротивлений, поэтому:

R_{total}=R_1 + R_2 + R_3 + …

это последовательная цепь означает, что общее сопротивление на пути — это просто сумма отдельных сопротивлений на нем.

Для решения практической задачи представьте последовательную цепь с тремя сопротивлениями: R ₁ = 2 Ом, R ₂ = 4 Ом и R 4 60 9043 3 9044 = 2 Ом. . Вычислите общее сопротивление в цепи.

Это просто сумма отдельных сопротивлений, поэтому решение:

\begin{aligned} R_{total}&=R_1 + R_2 + R_3 \\ &=2 \; \Омега\; + 4\; \Омега\; +6\; \Омега\\ &=12\; \Омега\конец{выровнено}

Расчет сопротивления для параллельной цепи

Для параллельных цепей расчет ​ R ​ _total немного сложнее. Формула:

{1 \выше{2pt}R_{всего}} = {1 \выше{2pt}R_1} + {1 \выше{2pt}R_2} + {1 \выше{2pt}R_3}

Помните, что эта формула дает вам обратную величину сопротивления (т. е. единицу, деленную на сопротивление). Таким образом, вам нужно разделить один на ответ, чтобы получить общее сопротивление.

Представьте себе, что те же самые три резистора, которые были раньше, были подключены параллельно. Общее сопротивление будет равно: 9{-1}}\\ &= 1,09 \; \Omega \end{align}

Как решить последовательную и параллельную комбинированную схему

Вы можете разбить все схемы на комбинации последовательных и параллельных цепей. Ветвь параллельной цепи может состоять из трех последовательно соединенных компонентов, а цепь может состоять из трех параллельных разветвленных секций, расположенных в ряд.

Решение подобных задач просто означает разбиение схемы на участки и их поочередное выполнение. Рассмотрим простой пример, когда на параллельной цепи есть три ответвления, но к одному из этих ответвлений подключен ряд из трех резисторов.

Уловка для решения проблемы состоит в том, чтобы включить расчет последовательного сопротивления в более крупный расчет для всей цепи. Для параллельного контура необходимо использовать выражение:

{1 \выше{2pt}R_{всего}} = {1 \выше{2pt}R_1} + {1 \выше{2pt}R_2} + {1 \ выше{2pt}R_3}

Но первая ветвь, ​ R ​ ₁ , на самом деле состоит из трех разных резисторов, соединенных последовательно. Итак, если вы сначала сосредоточитесь на этом, вы знаете, что:

R_1 = R_4 + R_5 + R_6

Представьте, что R ₄ = 12 Ом, R ₅ = 5 Ом и R ₆ = 3 Ом. Общее сопротивление:

\begin{align} R_1&=R_4 + R_5 + R_6 \\ &= 12\; \Омега\; + 5\; \Омега\; + 3\; \Омега\&= 20\; \Omega \end{aligned}

С этим результатом для первой ветви вы можете перейти к основной проблеме. С одним резистором на каждом из оставшихся путей, скажем, что R ₂ = 40 Ом и 9{-1}}\\ &= 5,7 \; \Omega \end{align}

Другие расчеты

Сопротивление вычислить в последовательной цепи гораздо проще, чем в параллельной, но это не всегда так. Уравнения для емкости (​ C ​) в последовательных и параллельных цепях в основном работают наоборот. Для последовательной цепи у вас есть уравнение обратной величины емкости, поэтому вы вычисляете общую емкость ( C _итого ) по формуле:

{1 \выше{2pt}C_{всего}} = {1 \выше{2pt}C_1} + {1 \выше{2pt}C_2} + {1 \выше{2pt}C_3} + . …

И затем вы должны разделить единицу на этот результат, чтобы найти ​ C ​ _итого .

Для параллельной цепи у вас есть более простое уравнение:

C_{total} = C_1 + C_2 + C_3 + ….

Однако основной подход к решению проблем с последовательными и параллельными цепями одинаков.

Введение в простые электрические схемы — Edraw

В основных электрических схемах используются стандартные символы для компонентов цепи. Понимание электрических цепей имеет большое значение в настоящее время.

Поскольку все мы знаем, что современная жизнь в значительной степени зависит от электричества, для людей очень важно понимать простые электрические цепи. Простое введение в электрические схемы — хороший помощник для вас, чтобы лучше узнать электрические схемы.

Вы можете попробовать программное обеспечение для рисования электрических цепей, которое имеет встроенные стандартные электрические символы для быстрого и правильного рисования электрических цепей.

Универсальное программное обеспечение для построения диаграмм

Создавайте более 280 типов диаграмм без особых усилий

Легко начинайте строить диаграммы с помощью различных шаблонов и символов

• Превосходная совместимость файлов: Импорт и экспорт чертежей в файлы различных форматов, например Visio
• Кроссплатформенная поддержка (Windows, Mac, Linux, Web)

ПОПРОБУЙТЕ БЕСПЛАТНО

Безопасность подтверждена | Переключиться на Mac >>

ПОПРОБУЙТЕ БЕСПЛАТНО

Безопасность подтверждена | Перейти на Linux >>

ПОПРОБУЙТЕ БЕСПЛАТНО

Безопасность подтверждена | Переключиться на Windows >>

Определение электрических цепей

Электрическая цепь представляет собой замкнутый контур из проводящего материала, который позволяет электронам течь непрерывно без начала и конца. В электрической цепи от источника питания к нагрузке идет непрерывный электрический ток. Люди также говорят, что полный путь, обычно через проводники, такие как провода, и через элементы цепи, называется электрической цепью.

Электрическая цепь — это электрическое устройство, которое обеспечивает путь для прохождения электрического тока. После того, как вы получите определение электрической цепи, теперь мы собираемся показать вам три простые электрические цепи.

Цепь переключателя

Выключатель — это устройство для включения и отключения соединения в электрической цепи. Мы используем выключатели для освещения, вентиляторов, электрического фена и многого другого много раз в день, но мы редко пытаемся увидеть соединение внутри цепи переключателя. Функция переключателя заключается в подключении или замыкании цепи, идущей к нагрузке от источника питания. Он имеет подвижные контакты, которые обычно разомкнуты.

С помощью переключателя вы можете включать и выключать устройство, поэтому он является очень важным компонентом электрической цепи.

Цепь освещения постоянного тока

Как видно из рисунка ниже, в светодиодной лампе используется батарея постоянного тока. Аккумулятор двухполярный, один анодный, другой катодный. Причем анод положительный, а катод отрицательный. Также сама лампа имеет два конца, один положительный, а другой отрицательный. Таким образом, анод батареи подключается к положительной клемме лампы, а катод батареи подключается к отрицательной клемме лампы.

После того, как вышеуказанное соединение будет завершено, загорится светодиодная лампа. Хотя это простая электрическая схема, многие люди понятия не имеют, как правильно обращаться с подключением.

Цепь термопары

Если вы хотите создать устройство для измерения температуры или вам нужно добавить возможности измерения в большую систему, вам необходимо ознакомиться со схемами термопар и понять, как их проектировать. Термопара — это устройство, состоящее из двух разнородных проводников, которые соприкасаются друг с другом в одном или нескольких местах, и используется для измерения температуры.