В электрической цепи. Электрические цепи: строение, элементы и виды соединений

Что такое электрическая цепь. Какие бывают виды электрических цепей. Из каких основных элементов состоит электрическая цепь. Как соединяются элементы в электрической цепи. Что такое замкнутая и разомкнутая цепь.

Что такое электрическая цепь и каковы ее основные элементы

Электрическая цепь представляет собой совокупность устройств и объектов, обеспечивающих протекание электрического тока. Она служит своего рода «путем» для электрического тока. В электрической цепи могут протекать как постоянные, так и переменные токи.

Основные элементы электрической цепи можно разделить на три группы:

• Источники питания (аккумуляторы, гальванические элементы, генераторы) — обеспечивают питание цепи
• Нагрузка или электроприемники (лампы, двигатели, нагреватели) — преобразуют электроэнергию в другие виды энергии
• Коммутационные элементы (провода, выключатели, предохранители) — передают энергию от источников к приемникам

Виды электрических цепей: разветвленные и неразветвленные

По своему строению электрические цепи делятся на два основных вида:

1. Неразветвленные (простые) — в них протекает одинаковый по силе ток, имеют прямолинейный вид с небольшим количеством элементов
2. Разветвленные — содержат узлы и ветви, сила тока в разных ветвях может различаться

Узел — это место соединения трех и более ветвей цепи. Ветвь — участок цепи между двумя узлами с последовательно соединенными элементами.

Чем отличаются линейные и нелинейные цепи?

Электрические цепи также классифицируют на линейные и нелинейные:

• Линейные цепи содержат только линейные элементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности)
• Нелинейные цепи включают хотя бы один нелинейный элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой

Как соединяются элементы в электрической цепи

Существует два основных способа соединения элементов в электрической цепи:

1. Последовательное соединение — элементы соединяются друг за другом, «конец» одного с «началом» другого
2. Параллельное соединение — элементы подключаются к общим точкам, образуя разветвления

При последовательном соединении через все элементы протекает один и тот же ток. При параллельном — напряжение на всех элементах одинаковое, а токи могут различаться.

Замкнутая и разомкнутая электрическая цепь: в чем разница

Замкнутой называется непрерывная электрическая цепь, в которой может протекать ток. Разомкнутая цепь имеет разрыв и не проводит ток, хотя в ней может присутствовать напряжение.

Какую роль играют выключатели в электрической цепи?

Выключатели, рубильники, предохранители и другие коммутационные устройства служат для размыкания цепи. Они прерывают ток, создавая воздушный промежуток — диэлектрик. Это позволяет управлять работой электрических устройств и защищать цепь от перегрузок.

Расчет параметров электрической цепи: ток, напряжение, сопротивление

Основные параметры, характеризующие состояние электрической цепи:

• Сила тока (I) — измеряется в амперах (А)
• Напряжение (U) — измеряется в вольтах (В)
• Сопротивление (R) — измеряется в омах (Ом)

Эти величины связаны законом Ома: I = U / R. Зная любые две из них, можно рассчитать третью.

Практическое применение знаний об электрических цепях

Понимание принципов работы электрических цепей необходимо для:

• Проектирования и монтажа электропроводки
• Ремонта электрооборудования
• Создания электронных устройств
• Обеспечения электробезопасности

Эти знания позволяют правильно рассчитывать нагрузку, выбирать сечение проводов, номиналы предохранителей и другие важные параметры электрических систем.

Меры безопасности при работе с электрическими цепями

При работе с электричеством необходимо соблюдать следующие правила безопасности:

1. Всегда отключать напряжение перед началом работ
2. Использовать инструменты с изолированными ручками
3. Применять средства индивидуальной защиты (диэлектрические перчатки, коврики)
4. Не касаться оголенных проводов и токоведущих частей
5. Проверять отсутствие напряжения перед началом работ

Соблюдение этих мер поможет избежать поражения электрическим током и других опасных ситуаций.

Современные тенденции в развитии электрических цепей

В настоящее время наблюдаются следующие тенденции в области электрических цепей:

• Миниатюризация электронных компонентов
• Повышение энергоэффективности устройств
• Развитие «умных» сетей с автоматическим управлением
• Использование возобновляемых источников энергии
• Внедрение цифровых технологий и интернета вещей

Эти направления определяют будущее электротехники и электроники, открывая новые возможности для создания инновационных устройств и систем.

Элементы электрической цепи, их свойства, параметры, уравнения токов и напряжений. Двухполюсники.

Ветвь – электрическая цепь – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Ветвь – электрическая цепь

Cтраница 1

Ветвь электрической цепи – это участок ее, расположенный между двумя узлами. Замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называют контуром электрической цепи.  [1]

Ветвью электрической цепи и соответственно ее схемы называют весь участок электрической цепи, в кстором в любой момент времени ток имеет одно и то же значение вдоль всего участка.  [2]

Ветвью электрической цепи называется ее участок, состоящий из одного или нескольких последовательно соединенных элементов, расположенный между двумя узлами. На рис. 3 – 2 показана цепь, состоящая из четырех ветвей.  [3]

Ветвью электрической цепи и, соответственно, ее схемы называют весь участок электрической цепи, в котором в любой момент времени ток имеет одно и то же значение вдоль всего участка.  [4]

Ветвью электрической цепи

и соответственно ее схемы называют весь участок электрической цепи, в кстором в любой момент времени ток имеет одно и то же значение вдоль всего участка.  [5]

Ветвью электрической цепи называется такой ее участок, который состоит только из ( последовательно включенных источников напряжений и сопротивлений и вдоль которого в любой момент времени ток имеет одно и то же значение. Узлом электрической цепи называется место ( точка) соединения трех и более ветвей.  [6]

Ветвью электрической цепи называют участок цепи, расположенный между двумя соседними ее узлами.  [7]

Ветвью электрической цепи называется ее участок, состоящий из одного или нескольких элементов, соединенных так, что по ним проходит один и тот же ток. Такое соединение элементов называется последовательным. Остальные участки цепи на этом рисунке не показаны.  [9]

Пусть две ветви электрической цепи включены параллельно, как показано на рис. 1.21. Ток в каждой из них можно найти по закону Ома, если известны их сопротивления и напряжение, к которому они подключены.  [11]

Токи в ветвях электрической цепи определяем с учетом первого закона Кирхгофа для соответствующих узловых точек: / 2 /, 3 А; / 3 / зз – / п 4 – 3 1 А; /, / 2 / з3 1 4 А; Л / 22 – / и 5 – 3 2 А; / 5 / 22 5 А; / 6 / 22 – / зз 5 – 4 1 А.  [12]

Токи в ветвях электрической цепи и напряжения на зажимах ветвей удовлетворяют соотношениям (1.12) и (1.16), которые определяют первый и второй законы Кирхгофа.  [13]

Если в какой-либо ветви электрической цепи поддерживается определенное значение тока iJ, то эту ветвь можно тоже считать как бы содержащей источник тока. Электрический генератор, в ветви которого путем регулирования поддерживается определенный ток, также следует рассматривать как источник тока.  [14]

Расчет тока в ветви электрической цепи постоянного тока, напряжения на участках цепи и мощностей, генерируемых в источниках, проводят на основе понятий об источниках и приемниках энергии как об активных и пассивных элементах.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www. ngpedia.ru

Виды цепей

Чтобы успешно пользоваться электросхемами, необходимо иметь представление, какую электрическую цепь называют замкнутой и разомкнутой.

Замкнутой называют непрерывную цепь, состоящую из электроприборов и проводников. Как только она прерывается – становится разомкнутой. В таком состоянии она неспособна проводить ток, хотя в ней может быть напряжение, так как в ней появляется диэлектрик. В подавляющем большинстве случаев в качестве такого диэлектрика выступает обычный атмосферный воздух. На этом принципе работают приборы, предназначенные для размыкания – выключатели, рубильники, предохранители, кнопки.

Элементы электрической цепи

 

Известно, что электрическая цепь представляет собой совокупность различных устройств. Они обеспечивают протекание электрического тока, большинство процессов в них можно охарактеризовать различными величинами, такими, как напряжение, сила тока, сопротивление.

Исходя из вышенаписанного, можно сказать, что электрическая цепь – это совокупность определённых объектов и устройств, которые выступают как «путь» для протекания электрического тока. В электрической цепи могут протекать различные токи, как постоянные, так и переменные. Электрические цепи можно часто встретить в их графическом изображении — электрические схемы, в них указываются все присутствуютвующие в цепи элементы.

Разновидности электрических цепей

Они могут разделяться по своему строению, выделяют два основных вида: разветвлённые и неразветвлённые. Первый вид условно можно отнести к простым видам цепей. В таких электрических цепях протекает одинаковый по силе ток. Разветвлённые цепи отличаются достаточно простым, прямолинейным видом. В них, как правило, небольшое количество элементов.

Однако, и разветвлённые цепи также могут простыми, это совсем не значит, что они сложны по своему строению. Разветвлённость цепи лишь предполагает наличие узлов и ветвей в ней.

Ветвь – это заключённый между двумя узлами участок электрической цепи, элементы которого соединены последовательно. Сила тока в ветвях разветвлённых цепей может быть разная. Узел – место соединения в электрической цепи не менее трех ветвей.

Другой отличительной характеристикой цепей друг от друга, является их линейность или нелинейность. Если в цепи содержатся нелинейные элементы, то и цепь, соответственно, называют нелинейной. К таким элементам можно отнести элементы, которые обладают нелинейными вольт-амперными или кулон-вольтными характеристиками. Если в цепи имеется хотя бы один такой элемент, то и вся цепь относится к категории нелинейных.

Линейные цепи не содержат подобных элементов, в них не содержатся только такие элементы как конденсаторы, резисторы, катушки-индуктивности. Также под линейными цепями могут пониматься цепи, в которых содержаться электронные устройства с определёнными диапазонами характеристик, т. е. эти характеристики линейные. Это могут быть различные усилители, другие устройства с активными элементами и прочее.

Основные группы элементов электрической цепи

Как уже было сказано ранее, в электрической цепи обязательно присутствуют самые различные элементы, несущие свои какие-либо функции. Все их можно условно разделить на 3 группы:

Первая группа элементов – это источники питания. Сюда относятся все устройства, которые служат для питания электрической цепи. Это различные аккумуляторы, гальванические элементы, термоэлектрические и электромеханические генераторы и т. д. Они обеспечивают питание электрической цепи, их особенность в том, что их внутреннее сопротивление невелико, если сравнить его с сопротивлением остальных элементов электрической цепи.

Вторая группа элементов – собственно, нагрузка, включает все устройства, которые преобразуют электрическую энергию в любые другие её виды: механическую, тепловую, световую и т. д. Устройства этой группы также называют электроприёмниками. К электроприёмникам можно отнести различные устройства, механизмы, такие как электродвигатели, осветительные приборы, нагреватели и прочее. Их основные характеристики – это напряжение и мощность. Для того чтобы прибор работал в нормальном режиме, на его концах, клеммах, нужно всегда поддерживать нужное стабильное напряжение.

Третья группа элементов состоит из коммутационных элементов, предназначенных для передачи электрической энергии от источников питания (элементов первой группы) к электроприёмникам (элементам второй группы). Сюда относятся провода, различные устройства, поддерживающие напряжение и силу тока, устройства измерения, защиты и т. д.

Особенности соединения элементов электрической цепи

Разумеется, все элементы электрической цепи взаимодействуют между собой, т. к., обязательно соединены. Выделяют два вида соединений: последовательное и параллельное:

При последовательном подключении все элементы строго идут друг за другом – «конец» одного элемента соединён с «началом» другого, который таким-же образом соединяется со следующим элементом. В этом случае нельзя получить разветвлённую цепь. Параллельная цепь имеет разветвления, так что это более сложная и распространённая электрическая цепь.

автоматический выключатель

| электрическое устройство

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Britannica Beyond
  Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Просить. Мы не будем возражать.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

Проблемы с перегрузкой электрической цепи и их предотвращение

Если вы когда-либо включали слишком много праздничных огней, включали пылесос или включали обогреватель только для того, чтобы свет или прибор внезапно отключились, вы создали перегрузку электрической цепи. Отключение было вызвано автоматическим выключателем (или предохранителями) в сервисной панели вашего дома. И хотя автоматические выключатели надежны и хорошо справляются с предотвращением пожаров в доме из-за перегрузок, самая безопасная стратегия — это управлять потреблением электроэнергии, чтобы в первую очередь предотвратить перегрузки.

Что такое перегрузка электрической цепи?

Перегрузка электрической цепи происходит, когда вы потребляете больше электроэнергии, чем цепь может безопасно выдержать.

Как действуют перегрузки в электрической цепи?

Электрические цепи предназначены для обработки ограниченного количества электроэнергии. Цепи состоят из проводки, выключателя (или предохранителя в старых системах электропроводки) и устройств (например, осветительных приборов, приборов и всего, что подключено к розетке). Потребление электроэнергии каждым устройством (во время работы) добавляется к общей НАГРУЗКЕ на цепь. Превышение номинальной нагрузки на проводку цепи вызывает срабатывание автоматического выключателя, отключающего питание всей цепи.

Если бы в цепи не было прерывателя, перегрузка привела бы к перегреву проводки цепи, что могло бы расплавить изоляцию провода и привести к пожару. Различные цепи имеют разную номинальную нагрузку, поэтому одни цепи могут обеспечивать больше электроэнергии, чем другие. Домашние электрические системы спроектированы с учетом типичного бытового использования, но ничто не мешает нам подключать слишком много устройств к одной цепи. Однако, чем больше вы знаете о расположении электрических цепей в вашем доме, тем легче вам будет предотвращать перегрузки.

Признаки перегрузки цепей

Наиболее очевидным признаком перегрузки электрической цепи является срабатывание выключателя и полное отключение питания. Другие признаки могут быть менее заметными:

• Затемнение света, особенно если свет приглушается, когда вы включаете электроприборы или другие источники света.
• Жужжащие розетки или выключатели.
• Крышки розеток или выключателей, теплые на ощупь.
• Запах гари из розеток или выключателей.
• Обгоревшие вилки или розетки.
• Электроинструменты, приборы или электроника, которым не хватает мощности.

Жужжащие звуки, запахи гари и необычно теплые устройства также могут указывать на другие проблемы с проводкой, такие как ослабление контактов или короткое замыкание. Если какие-либо из этих проблем сохраняются после того, как вы предприняли меры по предотвращению перегрузок цепи, обратитесь к электрику.

Картографирование цепей вашего дома

Первым шагом к предотвращению перегрузки электрических цепей является изучение того, какие цепи питают какие устройства. Когда вы нанесете на карту базовую схему схемы, вы можете рассчитать номинальную безопасную нагрузку каждой цепи, чтобы получить представление о том, сколько элементов вы можете использовать в этой цепи. Например, если свет на вашей кухне тускнеет, когда вы включаете тостер (энергоемкое устройство), это говорит вам о том, что тостер и свет подключены к одной и той же цепи (хотя они не должны быть подключены) и что вы близка к максимальной емкости цепи. Картирование цепей также может сказать вам, есть ли необходимость в новых цепях для удовлетворения обычных потребностей домохозяйства.

Схемы картирования просты (если они повторяются): возьмите блокнот и карандаш. Откройте дверь в сервисную панель вашего дома (коробку выключателя) и выключите один из выключателей с номером 15 или 20, выбитым на конце выключателя. (Не беспокойтесь о выключателях с цифрами 30, 40, 50 или выше; это высоковольтные цепи для таких приборов, как электрические плиты, водонагреватели и сушилки для белья, и вы не подключаете к этим цепям обычные приборы. .) Отметьте на панели, где находится цепь на панели, чтобы вы могли идентифицировать ее позже.

Затем пройдитесь по дому и попробуйте все источники света, потолочные вентиляторы и электроприборы. Запишите все, на что не подается питание, и отметьте комнату, в которой она находится. Кроме того, проверьте каждую розетку с помощью тестера напряжения или тестера розеток, или даже подключаемого светильника или лампы, записывая все, что не работает. Вам не обязательно проходить через весь дом для каждой схемы. И если ваш электрик был тщательным, рядом с выключателями могут быть полезные этикетки с указанием областей цепи («юго-восточная спальня», «гаражные фонари» и т. д.). Но для точного сопоставления вы должны протестировать каждую область в целом, потому что в цепях могут быть необычные элементы — например, микроволновая печь в цепи освещения коридора.

После того, как вы проверили область цепи, вернитесь к панели, включите первый выключатель, затем выключите следующий в ряду и повторите тест. Повторите процесс для всех цепей «15» и «20».

Расчет нагрузки цепи

Ваша схема цепи сообщает вам, какие устройства питаются от каждой цепи. Теперь вам нужно рассчитать, сколько энергии потребляют эти устройства. Для этого вам нужен быстрый урок по электрической энергии. Электричество измеряется в ваттах; 100-ваттная лампочка потребляет 100 ватт электроэнергии. Ватт — это произведение напряжения (вольт) и силы тока (ампер):

1 вольт x 1 ампер = 1 ватт

Чтобы рассчитать общую нагрузку на каждую цепь, сложите мощность всех устройств в этой цепи. На лампочках и многих мелких бытовых приборах есть этикетки с указанием их мощности. Если устройство дает вам только ампер, умножьте значение ампер на 120 (напряжение стандартных цепей), чтобы найти мощность. Включите все устройства, которые постоянно подключены к цепи, а также подключаемые устройства, которые вы не очень часто перемещаете (например, тостер или обогреватель в особо холодной комнате).

Сравните общую мощность каждой цепи с номинальной нагрузкой этой цепи. Цепи с выключателями «15» рассчитаны на 15 ампер. Максимальная номинальная нагрузка одной из этих цепей составляет 1800 Вт:

120 вольт x 15 ампер = 1800 Вт

Если вы попытаетесь использовать более 1800 Вт в этой цепи, вы перегрузите ее, и автоматический выключатель сработает.

Цепи с выключателями «20» рассчитаны на 20 ампер и имеют максимальную номинальную нагрузку 2400 Вт:

120 вольт x 20 ампер = 2400 Вт

Сравните общую мощность (сколько электроэнергии вы используете) и номинальную нагрузку для каждой цепи. Например, 15-амперная цепь, обслуживающая освещение и розетки в жилой зоне, может обеспечивать мощность 500 Вт для освещения, 500 Вт для телевизора и кабельной приставки и 200 Вт для звуковой системы, что в сумме составляет 1200 Вт. Если вы включите пылесос мощностью 700 Вт при включенном телевизоре, стереосистеме и свете, вы превысите номинальную мощность в 1500 Вт на автоматическом выключателе, что приведет к его срабатыванию и отключению питания.

Решения

Максимальная нагрузка на каждую цепь не является идеальной целью. Для запаса прочности лучше всего, если нормальная нагрузка на цепь не превышает 80 процентов от максимальной (номинальной) нагрузки. Для 15-амперной цепи целевая безопасная нагрузка составляет 1440 Вт; для 20-амперной цепи безопасная нагрузка составляет 1920 Вт.

Если расчеты вашей цепи показывают, что вы потребляете от цепи больше мощности, чем безопасное значение нагрузки, или вы превышаете номинальную нагрузку и часто перегружаете цепь, есть несколько способов уменьшить нагрузку на цепь, чтобы предотвратить перегрузку. :

• Переместите съемные электроприборы в цепь, которая используется реже (используйте карты и расчеты цепей, чтобы определить цепи с достаточной доступной мощностью).
• Помните, что нельзя включать слишком много вещей одновременно. Например, выключите телевизор и аудиосистему, пока пылесосите (все равно их не слышно).
• Уменьшите нагрузку на освещение, заменив лампы накаливания или галогенные лампы на энергосберегающие светодиодные (предпочтительно) или КЛЛ (люминесцентные) лампы.