Электрическая цепь это. Электрическая цепь: устройство, типы, элементы и основные понятия

Что такое электрическая цепь и как она устроена. Какие бывают типы электрических цепей. Из каких основных элементов состоит электрическая цепь. Какие ключевые понятия важно знать об электрических цепях.

Что такое электрическая цепь

Электрическая цепь — это совокупность устройств и объектов, образующих путь для протекания электрического тока. Основными элементами электрической цепи являются:

• Источник электрической энергии (например, батарейка или генератор)
• Проводники (провода)
• Потребители электрической энергии (лампочки, двигатели и т.д.)
• Коммутационные устройства (выключатели, переключатели)

Для работы электрической цепи необходимо, чтобы она была замкнутой, то есть образовывала непрерывный путь для протекания тока от одного полюса источника к другому через потребители.

Основные типы электрических цепей

Существует несколько основных типов электрических цепей:

1. Замкнутая цепь

В замкнутой цепи электрический ток может свободно протекать по всей цепи. Все элементы соединены правильно, выключатели замкнуты.

2. Разомкнутая цепь

В разомкнутой цепи есть разрыв, препятствующий протеканию тока. Обычно это размыкание выключателя или отсоединение провода.

3. Короткое замыкание

При коротком замыкании ток идет в обход потребителя напрямую от одного полюса источника к другому. Это аварийный режим, приводящий к резкому возрастанию тока.

4. Последовательное соединение

При последовательном соединении элементы цепи соединены друг за другом, образуя один путь для тока. Ток через все элементы одинаков.

5. Параллельное соединение

При параллельном соединении элементы подключены к одним и тем же точкам цепи. Ток разветвляется между параллельными участками.

Основные элементы электрической цепи

Рассмотрим подробнее основные элементы, из которых состоит электрическая цепь:

Источники электрической энергии

Источники обеспечивают энергию для протекания тока в цепи. Основные виды источников:

• Гальванические элементы и аккумуляторы
• Электромеханические генераторы
• Солнечные батареи
• Термоэлектрические генераторы

Источники характеризуются электродвижущей силой (ЭДС) и внутренним сопротивлением.

Проводники

Проводники обеспечивают путь для протекания тока между элементами цепи. Обычно используются медные или алюминиевые провода. Важные характеристики проводников:

• Удельное сопротивление материала
• Площадь поперечного сечения
• Длина

Потребители электрической энергии

Потребители преобразуют электрическую энергию в другие виды энергии. Основные виды потребителей:

• Лампы (преобразуют в световую энергию)
• Нагревательные приборы (в тепловую)
• Электродвигатели (в механическую)

Потребители характеризуются номинальным напряжением, мощностью, сопротивлением.

Коммутационные устройства

Коммутационные устройства позволяют управлять протеканием тока в цепи. К ним относятся:

• Выключатели
• Переключатели
• Реле
• Контакторы

Ключевые понятия электрических цепей

При изучении электрических цепей важно понимать следующие ключевые понятия:

Электрический ток

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. В металлических проводниках это движение свободных электронов. Сила тока измеряется в амперах (А).

Напряжение

Напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками цепи. Оно является причиной протекания тока. Измеряется в вольтах (В).

Сопротивление

Сопротивление — это свойство проводника препятствовать протеканию электрического тока. Измеряется в омах (Ом). Сопротивление зависит от материала, длины и сечения проводника.

Закон Ома

Закон Ома устанавливает связь между током, напряжением и сопротивлением участка цепи:

I = U / R

где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.

Мощность

Электрическая мощность — это работа, совершаемая электрическим током в единицу времени. Измеряется в ваттах (Вт). Мощность равна произведению напряжения на силу тока:

P = U * I

Схемы электрических цепей

Для наглядного представления электрических цепей используются схемы с условными обозначениями элементов. Основные виды схем:

• Принципиальные схемы — показывают все элементы цепи и связи между ними
• Монтажные схемы — отображают реальное расположение элементов
• Функциональные схемы — показывают функциональные части устройства

Умение читать и составлять электрические схемы — важный навык при работе с электрическими цепями.

Методы расчета электрических цепей

Для анализа работы электрических цепей используются различные методы расчета:

• Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
• Метод контурных токов
• Метод узловых потенциалов
• Метод наложения
• Метод эквивалентного генератора

Выбор метода зависит от сложности цепи и поставленной задачи. Расчет позволяет определить токи, напряжения и мощности в различных элементах цепи.

Безопасность при работе с электрическими цепями

При работе с электрическими цепями необходимо соблюдать правила техники безопасности:

• Использовать средства индивидуальной защиты
• Работать с обесточенными цепями
• Применять исправные инструменты и приборы
• Не касаться оголенных проводов и контактов
• Соблюдать полярность при подключении источников

Несоблюдение правил безопасности может привести к поражению электрическим током и другим опасным последствиям.

Применение электрических цепей

Электрические цепи широко применяются в различных областях:

• Бытовая техника и электроника
• Промышленное оборудование
• Системы освещения
• Электротранспорт
• Телекоммуникации
• Компьютерная техника

Понимание принципов работы электрических цепей необходимо для проектирования, эксплуатации и ремонта электрооборудования в различных сферах.

Электрическая цепь что такое и из каких элементов состоит

Содержание:

Электрическая цепь – это соединение различных электрических или электронных деталей в одно. Для объединения используются проводники, которые пропускают через себя ток. Сами элементы могут самыми разнообразными – линейными, нелинейными, пассивными или активными. Любая электрическая цепь имеет в себе питание, включатель, провода, потребители тока. Она также должна быть замкнутой, иначе ток не сможет по ней протекать. Не являются электрической цепью заземляющие и зануляющие контуры.

В статье будет описано строение как сложных, так и простейших электрических цепей, как их грамотно создать, а главное обеспечить ее безопасность. В качестве дополнения, статья имеет в себе несколько видеороликов и интересный научный материал по теме.

Простейшая электрическая цепь

Основы электрических цепей

Как вода течет по водопроводу (по трубам, через краны, фильтры, счетчики и т.д.), так же электричество течет по цепи (проводам, электрическим и  электронным компонентам, через штекера и гнезда и т. д.). Электричество является одной из нескольких видов энергии, которая при своем течении может высвобождать свет, тепло, звук, радиоволны, механические движения, электромагнитные поля и т.д. Взять любую электротехнику (компьютер, мобильный телефон, электропечь, телевизор и т.д.), вся она содержит в себе электрические схемы, состоящие из различных электрических цепей, по которым течет ток, и на которых присутствует напряжение определенной величины и полярности.

Давайте более подробно разберем, что же собой представляет электрическая цепь, как именно по ней бежит ток. Итак, электрический ток — это упорядоченное движение электрических заряженных частиц. Напомню, что в твердых телах носителями электрического заряда являются электроны (частицы имеющие отрицательный заряд, он же минус). В жидкостях и газах носителями электрического заряда являются ионы (атомы и молекулы, у которых имеется недостаток электронов на своих орбитах, и имеющие положительный заряд, он же плюс). Чаще всего приходится иметь дело именно с движением электронов по электрической цепи именно в твердотельных проводниках (это металлы, кристаллы).

Сложная электрическая цепь

Электрическая цепь это некий замкнутый путь, по которому течет ток, бегут электрически заряженные частицы. Само перемещение этих частиц можно представить следующим образом. Как вам должно быть известно из уроков по физике все вещества состоят из атомов и молекул (мельчайшая частица самого вещества, его структурная составляющая). В твердых состояниях вещества атомы выстроены в определенном порядке, имеют так называемую кристаллическую решетку. У некоторых веществ электроны, что наиболее удалены от центра атома, могут легко отрываться от своего атома и переходить к соседнему. Так получается движение заряженных частиц внутри самого вещества.

Такие вещества являются проводниками электрического тока. Одни это делают хорошо, другие хуже (проводят ток). Если же взять такое вещество как медь (металл), который достаточно хорошо проводит через себя электричество и сделать из нее проволоку, то в итоге мы получим проводник электрического тока определенной длины.

[stextbox id=’alert’]Еще нужен источник тока, который в зависимости от своего принципа действия может на одном своем полюсе создавать переизбыток отрицательного заряда, а на другом — положительного (он же недостаток отрицательного). [/stextbox]

Чтобы пошел ток нужен как бы мостик, соединяющий эти самые противоположные полюса. В роли этого моста, для перехода электрического заряда с одного полюса на другой, и будет выступать замкнутая электрическая цепь, состоящая из различных проводников.

Электрическая цепь представляет собой совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении. В электрической цепи постоянного тока могут действовать как постоянные токи, так и токи, направление которых остается постоянным, а значение изменяется произвольно во времени или по какому-либо закону.

К примеру, мы просто обычной медной проволокой соединим полюса источника питания. В итоге через проволоку потечет ток (тот самый переизбыток электрических зарядов). Это будет, пожалуй, самой простой электрической цепью, которая может только создавать короткое замыкание этого самого источника питания. Но все же это электрическая цепь. Более полезной электроцепью будет такая схема — источник питания (обычная батарейка), провода, переключатель и лампочка (рассчитанная на напряжение источника питания). Когда мы все это соединим друг за другом (последовательно) мы уже получим электрическую цепь, где течение тока будет приносить пользу в виде излучения света электрической лампочкой.

Естественно, подобными простыми электрическими цепями электротехника не ограничивается. Если правильно подключать различные электрические и электронные компоненты между собой, подсоединяя к ним источник питания, создавая различные функциональные схемы, можно в итоге получать все то разнообразие электроустройств, которое мы сейчас имеем. И все они имеют различные по сложности электрические цепи.

Интересно по теме: Как проверить стабилитрон.

Электрическая цепь представляет собой совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении. В электрической цепи постоянного тока могут действовать как постоянные токи, так и токи, направление которых остается постоянным, а значение изменяется произвольно во времени или по какому-либо закону. Электрическая цепь состоит из отдельных устройств или элементов, которые по их назначению можно разделить на 3 группы.

Первую группу составляют элементы, предназначенные для выработки электроэнергии. Они называются источниками питания.

Вторая группа — элементы, преобразующие электроэнергию в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и т. д.). Эти элементы называются приемниками электрической энергии (электроприемниками).

В третью группу входят элементы, предназначенные для передачи электроэнергии от источника питания к электроприемнику (провода, устройства, обеспечивающие уровень и качество напряжения, и др. ).

Материал по теме: Как подключить конденсатор

Источники питания цепи постоянного тока — это гальванические элементы, электрические аккумуляторы, электромеханические генераторы, термоэлектрические генераторы, фотоэлементы и др. Все источники питания имеют внутреннее сопротивление, значение которого невелико по сравнению с сопротивлением других элементов электрической цепи.

Электроприемниками постоянного тока являются электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую, нагревательные и осветительные приборы и др. Все электроприемники характеризуются электрическими параметрами, среди которых можно назвать самые основные — напряжение и мощность.

[stextbox id=’info’]Для нормальной работы электроприемника на его зажимах (клеммах) необходимо поддерживать номинальное напряжение. Для приемников постоянного тока оно составляет 27, 110, 220, 440 В, а также 6, 12, 24, 36 В.[/stextbox]

Электрическая цепь и ее элементы.

Графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения ее элементов и показывающее соединения этих элементов, называется схемой электрической цепи.  Элементами электрической цепи являются различные электротехнические устройства, которые могут работать в различных режимах.

Режимы работы как отдельных элементов, так и всей электрической цепи характеризуются значениями тока и напряжения. Поскольку ток и напряжение в общем случае могут принимать любые значения, то режимов может быть бесчисленное множество.

Режим холостого хода — это режим, при котором тока в цепи нет. Такая ситуация может возникнуть при разрыве цепи. Номинальный режим бывает, когда источник питания или любой другой элемент цепи работает при значениях тока, напряжения и мощности, указанных в паспорте данного электротехнического устройства.

Эти значения соответствуют самым оптимальным условиям работы устройства с точки зрения экономичности, надежности, долговечности и пр.Режим короткого замыкания — это режим, когда сопротивление приемника равно нулю, что соответствует соединению положительного и отрицательного зажимов источника питания с нулевым сопротивлением.

Ток короткого замыкания может достигать больших значений, во много раз превышая номинальный ток. Поэтому режим короткого замыкания для большинства электроустановок является аварийным.

Согласованный режим источника питания и внешней цепи возникает в том случае, когда сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению.

В этом случае ток в цепи в 2 раза меньше тока короткого замыкания. Самыми распространенными и простыми типами соединений в электрической цепи являются последовательное и параллельное соединение.

Последовательное соединение элементов цепи

В этом случае все элементы подключаются к цепи друг за другом. Последовательное соединение не дает возможности получить разветвленную цепь — она будет неразветвленной. На рис. 1 показан пример последовательного соединения элементов в цепи.

В нашем примере взяты два резистора. Резисторы 1 и 2 имеют сопротивления R1 и R2. Поскольку электрический заряд в этом случае не накапливается (постоянный ток), то при любом сечении проводника за определенный интервал времени проходит один и тот же заряд. Из этого вытекает, что сила тока в обоих резисторах равная:

I = I1 = I2

А вот напряжение на их концах суммируется:

U = U1 + U2

Согласно закону Ома, для всего участка цепи и для каждого резистора в отдельности полное сопротивление цепи будет:

R = R1 + R2

В случае последовательного соединения проводников напряжения и сопротивления можно выразить соотношением:

U1/U2 = R1/R2

Размыкание трехфазного тока.

Параллельное соединение проводников

Когда два проводника соединяются параллельно, электрическая цепь имеет два разветвления. Точки разветвления проводников называют узлами. В них электрический заряд не накапливается, т. е. электрический заряд, поступающий за определенный промежуток времени в узел, равен заряду, уходящему из узла за то же время. Из этого следует, что:

I = I1 + I2

где I — сила тока в неразветвленной цепи.

При параллельном соединении проводников напряжение на них будет одно и то же. Обозначим сопротивления параллельно соединенных двух проводников R1 и R2. Используя закон Ома для участков электрической цепи с данными сопротивлениями, можно выявить, что величина, обратная полному сопротивлению участка ab, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников, т. е.:

1/R = 1/R1 + 1/R2

Из этого вытекает:

R = R1R2/(R1 + R2)

Данная формула справедлива только для определения общего сопротивления двух проводников, соединенных параллельно. Величину, обратную сопротивлению, называют проводимостью. При параллельном соединении проводников их сопротивления и сила тока связаны соотношением:

I1/I2 = R2/R1

Соединения конденсаторов

У конденсаторов существует также два вида соединения: последовательное и параллельное.

Последовательное соединение. В этом случае обкладка одного конденсатора, заряженная отрицательно, соединена с обкладкой другого конденсатора, заряженного положительно. На рис. 3 показан пример последовательного соединения конденсаторов.

При данном типе соединения действует следующее правило: величина, обратная емкости батареи конденсаторов при последовательном соединении, равна сумме величин, обратных емкостям отдельных конденсаторов. Из этого следует:

1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3 + …

При этом типе соединения емкость батареи конденсаторов меньше емкости любого из конденсаторов.

Параллельное соединение. При параллельном соединении конденсаторов положительно заряженные обкладки соединены с положительно заряженными, а отрицательно заряженные — с отрицательными (рис. 4).

В этом случае емкость батареи конденсаторов будет равна сумме электрических емкостей конденсаторов:

С = С1 + С2 + С3 + …

Соединения источников тока

При параллельном способе соединения источников тока соединяют между собой все положительные и все отрицательные полюсы. Напряжение на разомкнутой батарее будет равно напряжению на каждом отдельном источнике, т. е. при параллельном способе соединения ЭДС батареи равна ЭДС одного источника. Сопротивление батареи при параллельном включении источников будет меньше сопротивления одного элемента, потому что в этом случае их проводимости суммируются.

При последовательном соединении источников тока два соседних источника соединяются между собой противоположными полюсами. Разность потенциалов между положительным полюсом последнего источника и отрицательным полюсом первого будет равна сумме разностей потенциалов между полюсами каждого источника.

[stextbox id=’alert’]Из этого вытекает, что при последовательном соединении ЭДС батареи равна сумме ЭДС источников, включенных в батарею. Общее сопротивление батареи при последовательном включении источников равняется сумме внутренних сопротивлений отдельных элементов.[/stextbox]

Расчет электрических цепей

Основой расчета электрических цепей является определение силы токов в отдельных участках при заданном напряжении и заранее известном сопротивлении отдельных проводников.  Допустим, общее напряжение на концах цепи нам известно. Известны также сопротивления R1, R2 … R6 подсоединенных к цепи резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6 (сопротивление амперметра в расчет не принимается). Следует вычислить силу токов I1, I2, … I6.

В первую очередь, нужно уточнить, сколько последовательных участков имеет данная цепь. Исходя из предложенной схемы, видно, что таких участков три, причем второй и третий содержат разветвления. Допустим, что сопротивления этих участков R1, R’, R”. А значит, все сопротивление цепи можно выразить как сумму сопротивлений участков:

R = R1 + R’ + R”

где R’ — общее сопротивление параллельно соединенных резисторов R2, R3 и R4, a R” — общее сопротивление параллельно соединенных резисторов R5 и R6. Применяя закон параллельного соединения, можно вычислить сопротивления R’ и R”:

1/R’ = 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 и 1/R” = 1/R5 + 1/R6

Для того чтобы определить силу тока в неразветвленной цепи с помощью закона Ома, нужно знать общее сопротивление цепи при заданном напряжении. Для этого следует воспользоваться формулой:

I = U/R

Из всего вышеизложенного можно вывести, что I = I1.

Но для определения силы тока в отдельных ветвях следует сначала вычислить напряжение на отдельных участках последовательных цепей. Опять же с помощью закона Ома можно записать:

U1 = IR1; U2 = IR’; U3 = IR”

Теперь, зная напряжение на отдельных участках, можно определить силу тока в отдельных ветвях:

I2 = U2/R2; I3 = U2/R3; I4 = U2/R4; I5 = U3/R5; I6 = U3/R6

Бывают случаи, когда нужно вычислить сопротивления отдельных участков цепи по уже известным напряжениям, силе токов и сопротивлении других участков, а также определить нужное напряжение по заданным сопротивлениям и силе токов. Метод расчета электрических цепей всегда одинаков и основан на законе Ома.

Электроцепь

Состав электрической цепи

Электрическая цепь включает (в общем случае): источник питания, рубильник (выключатель), соединительные провода, потребителей. Обязательно сформируйте замкнутый контур. В противном случае по цепи не сможет течь ток. Электрическими не принято называть контуры заземления, зануления. Однако по сути считаются таковыми, иногда здесь течет ток. Замыкание контура при заземлении, занулении обеспечивается посредством грунта.

Источники питания. Внутренняя, внешняя электрическая цепь

Для образования упорядоченного движения носителей заряда, формирующего ток, потрудитесь создать разность потенциалов на концах участка. Достигается подключением источника питания, который в физике принято называть внутренней электрической цепью. В противовес прочим элементам, составляющим внешнюю. В источнике питания заряды движутся против направления поля. Достигается приложением сторонних сил:

1. Обмотка генератора.
2. Гальванический источник питания (батарейка).
3. Выход трансформатора.

Напряжение, формируемое на концах участка электрической цепи, бывает переменным, постоянным. Сообразно в технике принято контуры делить соответствующим образом. Электрическая цепь предназначена для протекания постоянного, переменного тока. Упрощенное понимание, закон изменения упорядоченного движения носителей заряда воспринимается сложным. С трудом понимаем, переменный в цепи ток или постоянный.

Устройство электрической цепи

Род тока определен источником, характером внешней электрической цепи. Гальванический элемент дает постоянное напряжение, обмотки (трансформаторы, генераторы) – переменное. Связано с протекающими в источнике питания процессами. Сторонние силы, обеспечивающие движения зарядов, называют электродвижущими. Численно ЭДС характеризуется работой, совершаемой генератором для перемещения единичного заряда. Измеряется вольтами. На практике для расчета цепей удобно делить источники питания двумя классами:

1. Источники напряжения (ЭДС).
2. Источники тока.

В действительности неизвестны, имитацию пытаются создать практики. В розетке ожидаем увидеть 230 вольт (220 вольт по старым нормативам). Причем ГОСТ 13109 однозначно устанавливает пределы отклонения параметров от нормы. В быту пользуемся источником напряжения. Параметр нормируется. Величина тока не играет значения. Напряжение подстанции круглые сутки стремятся сделать постоянным вне зависимости от текущего запроса потребителей.

В противовес источник тока поддерживает заданный закон упорядоченного движения носителей заряда. Значение напряжения роли не играет. Ярким примером подобного рода устройств выступает сварочный аппарат на базе инвертора. Каждый знает: диаметр электрода прочно связан с толщиной металла, прочими факторами. Чтобы процесс сварки шел правильно, приходится с высокой степенью постоянства поддерживать ток.

Задачу решает электронный блок на основе инвертора. Ток, напряжение бывают постоянными, переменными. Закон изменения параметра роли не играет. Неважно, подключать ли электрическую цепь к источнику постоянного, переменного напряжения. Однако важно выдержать правильный размер параметра. К примеру, действующее значение ЭДС.

https://www.youtube.com/watch?v=rsDnlddk8ds

Выключатель

Рубильник позволит присоединить источник питания к проводам, потребителю. Каждый (за редким исключением) пользовался настенным выключателем. При замыкании-размыкании электрической цепи возникает искра. Объясняется наличием сопротивления емкостного типа. Для предотвращения искрения цепь дополняется дросселем, рубильник сформирован контакторами специального типа. Придуманы прочие технические решения, к примеру, катушка Тесла.

Провода

В технике провода изготавливают медные, алюминиевые. Связано с низким удельным сопротивлением металлов. Цена невысока. Выделяющееся на проводниках тепло определяется двумя параметрами:

• Сопротивление участка цепи.
• Электрический ток.

Понятно, второй параметр определяется нуждами потребителей. Поставщик стремится влиять на первый. Удельное сопротивление проводника предвидится по возможности низким. Ученых давно интересует явление сверхпроводимости. Металлы при понижении температуры теряют сопротивление. Уменьшаются потери. Среди полупроводников встречаются образцы с положительным и отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Абсолютное значение параметра металлов на порядки ниже.

Проблема с алюминием, медью проста: при протекании электрического тока в цепи температура растет. Повышается сопротивление участка, дополнительно усугубляя ситуацию. Получается замкнутый круг. Ученые считают: затруднение допустимо исправить, заручившись помощью явления сверхпроводимости.

Металл при некоторой низкой температуре резко, рывком снижает сопротивление, достигая нуля (выше рубежа график понижается плавно со скоростью 1/273 1/град). Проблема практического применения в том, что значения, провоцирующие скачок, низкие. Например, для свинца рубеж составляет 7,2 К. Экстремально низкая отрицательная температура по шкале Цельсия.

Ученые видят решение проблемы в открытии материалов, демонстрирующих явление сверхпроводимости при комнатных температурах. Тогда большие токи удастся передавать потребителям, избежав потерь. В электрической цепи, сформированной сверхпроводниками, заряды способны циркулировать бесконечно длительное время без внешней подпитки источником.

Заключение

Рейтинг автора

Написано статей

Электрическая цепь представляет собой группу заранее изготовленных элементов, соединенных определенным образом и предназначенных для протекания по ним электрического тока. Разница между активными и пассивными элементами электрической цепи заключается в следующем – активные элементы способны самостоятельно создавать в цепи ток, а пассивные могут только потреблять или накапливать электрическую энергию. Более подробно о создании, строении электроцепей можно узнать из материала Учебное пособие по электротехнике.

Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.electrohobby.ru

www.mukhin.ru

www.websor. rul

www.vashtehnik.ru

Предыдущая

ТеорияЧему равна электроемкость конденсатора?

Следующая

ТеорияЧто такое короткое замыкание

Электрическая цепь

В предыдущей теме в § 8-ж мы познакомились с разнообразными источниками электроэнергии (источниками тока). Наряду с ними существуют различные потребители электроэнергии: лампы, пылесосы, компьютеры и другие. Чтобы электроэнергию доставить от источников до потребителей, необходимы соединительные проводники, а чтобы управлять поступлением энергии, нужны коммутационные устройства: рубильники, выключатели, клеммы, розетки, вилки и так далее.

В физике и электротехнике источник электроэнергии и её потребители, соединённые вместе проводниками, называют электрической цепью. Слева показана цепь для наблюдения теплового, химического и магнитного действий тока одновременно.

В дальнейшем нам придётся использовать много электроприборов, соединяя их в разнообразные цепи. Чтобы лучше их понимать, мы будем использовать схематичные рисунки цепей – электрические схемы. Вот некоторые условные обозначения, которые мы будем применять:

Кроме изображённых на рисунке, существуют и другие обозначения электроприборов. С ними мы познакомимся по мере необходимости.

На рисунке вверху показана электрическая цепь, а слева – схема этой цепи. На ней присутствуют: лампа, сосуд с электродами и жидкостью, электромагнит, выключатель и пара клемм, к которым будет подключён источник электроэнергии.

 

Изучим теперь виды соединений проводников в цепи. Соединение бывает последовательным, параллельным и смешанным.

Взгляните на две схемы а и б на рисунке. Если вас попросят собрать цепь из источника электроэнергии и двух ламп, то вы, скорее всего, поступите, как изображено на схеме а. Такое соединение двух проводников – последовательное. Оно так названо потому, что, двигаясь по цепи от клеммы «–» к клемме «+», все электроны пройдут через обе лампы последовательно, то есть сначала через одну лампу, а затем через другую.

Но лампы можно соединить и так, как изображено на схеме б. Такое соединение двух проводников – параллельное. Это название подчёркивает, что, двигаясь по проводам, все электроны разделятся на две группы, которые пройдут через лампы параллельно, то есть независимо друг от друга.

В электрических цепях встречается и смешанное соединение электроприборов. На схеме в показано параллельное соединение приборов «резистор» и «вольтметр». Эта пара приборов последовательно соединена с прибором «амперметр» и клеммами для подключения источника электроэнергии.

Соберём цепь по этой схеме (см. рисунок). Слева, как и на схеме, расположим амперметр, справа – вольтметр и резистор. Два провода уходят за края рисунка; там клеммы источника электроэнергии.

Что такое амперметр, вольтметр и резистор, мы узнаем чуть позже. Пока важно запомнить: амперметр всегда включается последовательно, а вольтметр всегда включается параллельно с тем участком цепи, где проводятся электрические измерения.

Опубликовано в разделах: 8 класс, Постоянный электрический ток

типов электрических цепей | Определение электрической цепи, примеры, символы

Существует 5 основных типов электрических цепей – замкнутая цепь, разомкнутая цепь, короткое замыкание, последовательная цепь и параллельная цепь. Узнайте в деталях.

Существует 5 основных типов электрических цепей: замкнутая цепь, разомкнутая цепь, короткое замыкание, последовательное замыкание и параллельное замыкание. Давайте узнаем и разберемся в деталях с определением, примерами и символами.

Содержание:

Что такое электрическая цепь?

Электрическая цепь — это проводящий путь для протекания тока или электричества, называемый электрической цепью или электрической цепью. Токопроводящий провод используется для установления связи между источником напряжения и нагрузкой. Между источником и нагрузкой также используется переключатель ВКЛ/ВЫКЛ и предохранитель.

Типы электрических цепей

Типы электрических цепей

Существует следующие 5 основных типов электрических цепей:

1. Замкнутая цепь

Когда нагрузка работает сама по себе в цепи, это называется замкнутой цепью или замкнутой цепью. В этой ситуации значение тока зависит от нагрузки.

Пример замкнутой цепи или замкнутой цепи

2. Разомкнутая цепь

Когда в цепи имеется неисправный электрический провод или электронный компонент или переключатель находится в положении ВЫКЛ, это называется разомкнутой цепью. На приведенной ниже диаграмме вы можете видеть, что лампочка не светится, потому что либо выключатель выключен, либо неисправность электрического провода.

Пример разомкнутой цепи

3. Короткое замыкание

Когда обе точки ( + и – ) источника напряжения в цепи по какой-либо причине соединяются друг с другом, это называется коротким замыканием. В этой ситуации начинает течь максимальный ток. Короткое замыкание обычно происходит, когда проводящие электрические провода замыкаются даже из-за короткого замыкания в нагрузке.

Пример короткого замыкания

4. Последовательная цепь

Когда 2 или более нагрузок ( Лампа, компактная люминесцентная лампа, светодиод, вентилятор и т. д. ) соединены друг с другом последовательно, тогда это называется последовательной цепью. В последовательной цепи, если одна нагрузка или лампочка получает предохранитель, то остальные лампочки не получат питания и не будут светиться. Посмотрите на пример ниже .

Пример последовательной цепи

5. Параллельная цепь

При 2 или более нагрузках ( Лампа накаливания, компактная люминесцентная лампа, светодиод, вентилятор и т. д. ) соединены друг с другом параллельно, тогда это называется параллельным контуром. В этом типе схемы допустимое напряжение всех нагрузок должно быть равно входному напряжению. Мощность «нагрузки» может быть разной. В параллельной цепи, если одна нагрузка или лампочка получает предохранитель, то остальные лампочки по-прежнему будут получать питание и будут светиться. Посмотрите на пример ниже .

Пример параллельной цепи

Различные типы электрических цепей

Related Posts:

• Как работает электронная/электрическая схема
• Как уменьшить счет за электроэнергию
• Определение базовой электроники
• Как преобразовать переменный ток в постоянный с помощью диода
• Электронные компоненты, детали и их функции
• Типы печатных плат | Различные типы печатных плат (PCB)
• Как паять – Руководство по ручной пайке
• Технология поверхностного монтажа SMT
• Структура атома
• Электрический ток
• Разница потенциалов

Компоненты, типы и связанные понятия

Роберт Хазен, доктор философии, Университет Джорджа Мейсона

Схема простой разомкнутой и замкнутой электрической цепи. (Изображение: BijanStock/Shutterstock)

Электрические цепи — это важные концепции, которые имеют практическое применение в нашей повседневной жизни. Это очень простая концепция, которая включает в себя три различных компонента: источник электроэнергии, устройство и замкнутый контур из проводящего материала.

Источник электрической энергии

 Первым компонентом электрической цепи является источник электрической энергии, который позволяет электронам двигаться. Этим источником может быть батарея, солнечный элемент или гидроэлектростанция — место, где есть положительный и отрицательный полюса и откуда заряд может течь от одного к другому. Этот толчок электрического заряда называется напряжением, потенциал которого измеряется в вольтах.

Устройство в электрической цепи

Второй компонент — это устройство. Он реагирует на проходящий через него ток. Сегодня устройство — это то, что можно подключить к настенной розетке и использовать с электричеством. Петля обычно закрывается куском проводящего материала. Обычно это проволока, но есть и другие виды материалов, которые также могут замыкать петлю. Например, внутри телевизора есть различные металлические полоски, нанесенные на пластиковую поверхность, которая может быть проводящим материалом или даже, в некоторых случаях, корпусом устройства, которое становится частью замкнутой цепи.

Сопротивление электрической цепи

Третий компонент — сопротивление; каждая цепь имеет некоторое сопротивление потоку электронов. Электроны сталкиваются с другими электронами и атомами, из которых состоит провод, и они, таким образом, преобразуют часть своей энергии в тепло. Просто невозможно передать энергию из одной формы в другую без потери части этой энергии в виде тепла.

Узнайте больше об электромагнетизме.

Фонарик как электрическая цепь

Фонарик — это простое устройство, включающее в себя все три компонента. Две батарейки в фонарике являются источником.

Лампочка на конце фонаря — это устройство, через которое проходит ток. Ток течет по очень тонкой нити накала, которая нагревается до очень высокой температуры из-за электрического сопротивления. В результате нить накала ярко светится.

Цепь, наконец, завершается металлической полосой, которая проходит по боковому корпусу фонарика. На одном конце фонарика также есть катушка провода, а на другом конце есть точки контакта для батареи, а также другая полоса провода, которые вместе замыкают цепь.

Простая электрическая цепь имеет источник, устройство, сопротивление и переключатель. (Изображение: BlueRingMedia/Shutterstock)

Выключатели, предохранители и автоматические выключатели

Фонари и большинство других электроприборов также имеют выключатель. Переключатель — это просто устройство, которое помогает разорвать непрерывную петлю проводящего материала.

Когда переключатель разомкнут, ток отсутствует, но когда переключатель замкнут, ток есть. В принципе, все схемы работают так. Даже в цепи, подключенной к стене вашей комнаты, есть непрерывная петля провода, которая простирается от вашего дома до электростанции.

Предохранитель или автоматический выключатель используется для предотвращения крупных пожаров из-за перегрузок. Предохранитель предназначен для сгорания, если ток становится слишком большим.

Узнайте больше о первом законе термодинамики.

Типы электрических цепей

В домах и других обычных устройствах есть два типа цепей; а именно последовательные цепи и параллельные цепи.

Серийные цепи — Серийные цепи состоят из нескольких устройств, каждое из которых соединено одно за другим в один большой контур. Хотя разные устройства имеют разное напряжение на них, один и тот же ток протекает через каждое устройство в последовательной цепи.

Если какое-либо из устройств в последовательной цепи выходит из строя, вся цепь выходит из строя. Например, если есть три лампочки, соединенные последовательно, всего в одной петле провода, подключенного к батарее. Если одна лампочка выкручена, вся цепь выходит из строя.

Параллельные цепи — В параллельных цепях различные устройства расположены таким образом, что один источник подает напряжение на отдельные петли проводов. Напряжение в каждом устройстве по всей цепи одинаково, но, как правило, разные устройства будут видеть разные токи. В этом случае каждое устройство будет работать, даже если другие выйдут из строя.

Например, если две лампочки соединить параллельно и одну выкрутить, то будет работать другая. Современные гирлянды для елок делаются в параллельных цепях, так что даже если перегорит одна лампочка, не придется выбрасывать всю гирлянду.

Это стенограмма из серии видео Радость науки . Смотрите прямо сейчас на Wondrium.

Систематизация отношений между электрическими цепями – законы Кирхгофа

Систематизированное поведение цепей имеет огромное значение в электротехнике и объясняется законами Кирхгофа. Первый закон гласит: «Энергия, производимая источником, равна энергии, потребляемой в цепи, включая тепло, которое теряется в результате сопротивления».

Второй закон гласит: « Ток, протекающий в любом соединении, равен сумме токов, вытекающих из этого соединения». Это означает, что ток представляет собой электроны, протекающие по проводам, и количество электронов, втекающих в соединение, равно количеству электронов, вытекающих из этого соединения.

Узнайте больше об энтропии.

Являются ли различные формы электрической энергии принципиально одинаковыми? Майкл Фарадей был английским ученым, внесшим вклад в изучение электромагнетизма и электрохимии. (Изображение: Томас Филлипс/общественное достояние)

Майкл Фарадей провел тщательные систематические исследования всех этих различных видов электричества. Он смог продемонстрировать, что все эти различные формы электричества вызывают одно и то же явление и возникают в результате движения электронов.

Фарадей пришел к выводу, что все формы энергии производят искры, могут течь по проводам и могут совершать работу. Его исследование также впервые показало, что животное электричество электрического угря, электричество, исходящее от батареи, и электричество молнии — все это одно и то же явление.

Электрический ток и мощность

Поток или движение электронов по электрической цепи называется электрическим током. Ток измеряется в амперах. Один ампер соответствует примерно 6 миллиардам электронов, проходящих через точку этой цепи каждую секунду.

Другим важным термином, связанным с электричеством, является мощность. Мощность определяется как работа, деленная на время. В электрической цепи мощность равна текущему напряжению, измеряемому в ваттах. Чем выше мощность, тем быстрее энергия потребляется этим объектом, будь то лампочка, усилитель или любое электрическое устройство.

Узнайте больше о магнетизме и статическом электричестве.

Общие вопросы о

Вклад Алессандро Вольта и изобретение батареи

В: Как светится лампочка в фонарике?

Когда ток течет по очень тонкой нити накала, она нагревается до очень высокой температуры из-за электрического сопротивления.