Определение электрической цепи. Понятие тока, напряжения, мощности и энергии

[1, c.11–14; 2, c.10–12]

Электрической цепью называется электромагнитная система, состоящая из преобразователей энергии, электромагнитные процессы в которой целесообразно описывать с помощью понятий «электрический ток» и «электрическое напряжение».

Под электрическим током в проводниках понимают упорядоченное движение электрических зарядов. Мерой тока является скалярная величина, представляющая собой количество электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника в единицу времени, т.е. скорость изменения заряда: .

Току приписывается произвольно выбранное положительное направление, указываемое стрелкой. Поскольку протекание тока, т.е. перемещение зарядов, связано с преобразованием энергии, то для его оценки вводится другая скалярная величина – напряжение. Под электрическим напряжением понимают количество энергии, затрачиваемой на перемещение единичного заряда из одной точки в другую: , где – энергия (Дж). Если физические размеры цепи не играют роли, то напряжение между точками a и b определяется также как разность потенциалов этих точек: u_ab(t)= _a– _b. Напряжение измеряется в вольтах (В). Положительное направление напряжения выбирается произвольно и обозначается знаками «+» и «–». Знаком «+» помечается тот зажим цепи, из потенциала которого вычитается потенциал другого зажима цепи. При этом, если потенциал зажима, помеченного знаком «+», будет выше потенциала другого зажима, то значение напряжения будет положительным, в противном случае – отрицательным.

Условимся называть согласным такой выбор положительных направлений напряжения и тока, при котором стрелка тока ориентирована от зажима, помеченного знаком «+», в сторону другого зажима цепи (рис. 2.1,а), и встречным – в противном случае (рис. 2.1,б).

Значение напряжения и тока в данный момент времени называется мгновенным значением.

 

а) б)

Рис. 2.1

Скорость изменения энергии в цепи представляет собой мгновенную мощность

 

 

Если при согласном выборе положительных направлений напряжения и тока >0, то цепь потребляет энергию, если же цепь отдаёт энергию (энергия цепи убывает), то <0.