Электрическая цепь синусоидального тока и ее схема

Электрический ток неразрывно связан с магнитным и электрическим полями. При переменном токе эти поля изменяются во времени. Изменяющееся магнитное поле наводит ЭДС, изменение электрического поля сопровождается изменением зарядов на проводниках. В проводниках, в резисторах, а часто и в окружающей их среде электромагнитная энергия преобразуется в тепло. В ряде устройств электромагнитная энергия преобразуется я в другие виды энергии (в механическую, химическую и т. д.); часть электромагнитной энергии излучается. В электрической цепи нельзя выделить какого-либо участка, с которым не были бы связаны эти явления.

Для того чтобы упростить исследование процессов в реальной электрической цепи переменного тока, ее, как и цепь постоянного тока, заменяют схемой замещения или, короче, просто схемой, составленной из элементов, каждый из которых учитывает одно из этих явлений. Напомним, что нами будут рассматриваться цепи с сосредоточенными постоянными.

К пассивным элементам схемы при переменных токах относятся резистор с сопротивлением R, катушка с индуктивностью L, конденсатор с емкостью С. Их условные обозначения показаны на рис. 1.1.

Взаимная индуктивность между отдельными частями электрических устройств учитывается как взаимная индуктивность М между катушками индуктивности на схеме рис. 1.2. Таким образом, взаимная индуктивность не является самостоятельным элементом схемы.

В этом разделе рассматриваются линейные цепи, т. е. такие цепи, сопротивления, индуктивности и емкости которых не зависят от тока или напряжения.

Следует обратить внимание на то, что на рис. 1.1 показаны направления токов и совпадающие с направлением тока напряжения (или падения напряжений) на этих пассивных элементах. Падение напряжения в буквальном смысле означает уменьшение напряжения. Это падение напряжения всегда совпадает с выбранным направлением тока на пассивных элементах цепи.

В резисторе R электромагнитная энергия преобразуется в тепло. Мощность преобразования энергии в тепло равна Ri2. Это преобразование носит необратимый характер — электрическая энергия переходит в тепловую. По этой причине сопротивление R является активным сопротивлением в отличие от реактивных сопротивлений конденсатора С, катушки индуктивности L, где необратимого преобразования энергии нет.

Напряжение между зажимами сопротивления и ток в сопротивлении связаны законом Ома.

Элемент схемы — индуктивность L (рис. 1.1) учитывает энергию магнитного поля и явление самоиндукции При изменении тока в индуктивности. возникает ЭДС самоиндукции еL. По закону Ленца она препятствует изменению тока. Для того чтобы через индуктивность проходил переменный ток, на ее зажимах должно быть напряжение, равное и противоположное наведенной ЭДС.

В этом случае выбранное положительное направленно тока и напряжения (падение напряжения) всегда совпадают по направлению.

Элемент схемы — емкость С (рис. 1.1) учитывает энергию электрического поля. На электродах емкости заряды равны и противоположны по знаку, где, А и В потенциалы точек, А и В соответственно. Для указанных на рис. 1.1 положительных направлений тока i и напряжения на емкости иС заряд qА и напряжение имеют одинаковые знаки, т. е.

Ток в ветви с емкостью равен скорости изменения заряда на электродах и при указанном положительном направлении тока знак тока совпадает со знаком производной по времени от заряда. Действительно, приросту qА соответствует положительное значение тока, убыли заряда qА — отрицательное значение тока. Поэтому, обозначения qА = q можно записать.