التعاريف الأساسية. دوائر التيار المستمر الخطية

فرع وعقدة الدائرة الكهربائية

تتميز الدائرة الكهربائية بمجموعة العناصر التي تتكون منها، وطريقة توصيلها. يتم عرض اتصال عناصر الدائرة الكهربائية بوضوح من خلال الرسم التخطيطي الخاص بها. اعتمادا على ميزات الدائرة، ينبغي استخدام طريقة أو أخرى لحساب الدائرة الكهربائية. في هذا القسم، سننظر في المفاهيم الأساسية التي ستكون مطلوبة في المستقبل لاختيار الطريقة الأمثل والأصح لحل المشكلات.

فرعيسمى جزء من الدائرة الكهربائية الذي يمر حول نفس التيار . يتكون الفرع من عنصر واحد أو أكثر من عناصر السلسلة المتصلة على التوالي.

عقدة- تقاطع ثلاثة فروع أو أكثر.

على سبيل المثال، يوضح الشكل مخططات لدائرتين كهربائيتين. الأول يحتوي على 6 فروع و 4 عقد. والثاني يتكون من 5 فروع و 3 عقد. في هذا الرسم البياني، انتبه إلى العقدة السفلية. في كثير من الأحيان يرتكبون خطأ، معتقدين أن هناك عقدتين من الدائرة الكهربائية، مما يحفز ذلك من خلال وجود نقطتين لتوصيل الموصلات على مخطط الدائرة في الجزء السفلي. ومع ذلك، من الناحية العملية، ينبغي اعتبار نقطتين أو أكثر متصلتين بواسطة موصل بمثابة عقدة واحدة في الدائرة الكهربائية.

عند تجاوز السلاسل المتصلة في الفروع، يمكنك الحصول على مغلقة دائرة كهربائيةدائرة كهربائية. كل حلقة عبارة عن مسار مغلق يمر عبر عدة فروع، حيث تحدث كل عقدة مرة واحدة على الأكثر في هذه الحلقة. يوجد أدناه مخطط كهربائي، حيث يتم وضع علامة على العديد من الدوائر المختارة بشكل تعسفي.

في المجموع، يمكن تخصيص 6 حلقات مغلقة لهذه الدائرة.

قانون أوم

هذا القانون مناسب جدًا للتطبيق على فرع الدائرة الكهربائية. يسمح لك بتحديد تيار فرع بجهد معروف بين العقد التي يتصل بها هذا الفرع. كما يسمح حرفيًا بحساب دائرة كهربائية ذات دائرة واحدة في إجراء واحد.

عند تطبيق قانون أوم، عليك أولاً اختيار اتجاه التيار في الفرع. يمكن أن يتم اختيار الاتجاه بشكل تعسفي. إذا تم الحصول على قيمة سالبة أثناء الحساب، فهذا يعني أن الاتجاه الحقيقي للتيار هو عكس الاتجاه المختار.


لفرع يتكون فقط من مقاومات ومتصل بعقد الدائرة الكهربائية أو ب(انظر الشكل.) قانون أوم له الشكل:


تتم كتابة العلاقة (1.15) على افتراض أنه تم اختيار اتجاه التيار في الفرع من العقدة أإلى العقدة ب. وإذا اخترنا الاتجاه المعاكس، فسيكون البسط على النحو التالي: (U b -U a). أصبح من الواضح الآن أنه إذا نشأ موقف فيما يتعلق (1.15) عندما U b >U a، فإننا نحصل على قيمة سلبية لتيار الفرع. وكما ذكرنا أعلاه، فهذا يعني أن الاتجاه الفعلي للتيار هو عكس الاتجاه المختار. مثال على التطبيق العملي لهذه الحالة الخاصة من قانون أوم في حساب الدوائر الكهربائية هو العلاقة (1.18) للدائرة الكهربائية الموضحة في الشكل.

بالنسبة لفرع يحتوي على مقاومات ومصادر للطاقة الكهربائية، فإن قانون أوم يأخذ الشكل التالي:


تتم كتابة العلاقة (1.16) على افتراض أنه تم اختيار التدفق الحالي من العقدة بشكل مبدئي أإلى العقدة ب. عند حساب المجموع الجبري لفرع EMF، يجب تعيين علامة "+" لتلك المجالات الكهرومغناطيسية التي يتزامن اتجاهها مع اتجاه تيار الفرع المحدد (يتم تحديد اتجاه EMF بواسطة اتجاه السهم في تعيين مصدر الطاقة الكهربائية). إذا كانت الاتجاهات غير متطابقة، فسيتم أخذ المجال الكهرومغناطيسي بعلامة "-". يحتوي الشكل على أمثلة لتطبيق هذا الإصدار من قانون أوم - العلاقات (1.17) و (1.19)

الدوائر الكهربائية الخطية وغير الخطية

الدائرة الكهربائية الخطية هي دائرة تكون جميع مكوناتها خطية. تشتمل المكونات الخطية على مصادر مثالية مستقلة ومستقلة للتيارات والفولتية، والمقاومات (التي تخضع لقانون أوم)، وأي مكونات أخرى توصف بالمعادلات التفاضلية الخطية، وأشهرها المكثفات الكهربائية والمحاثات. إذا كانت الدائرة تحتوي على مكونات غير تلك المذكورة، فإنها تسمى غير خطية.

تسمى صورة الدائرة الكهربائية باستخدام الرموز دائرة كهربائية. تسمى وظيفة اعتماد التيار المتدفق عبر مكون ثنائي القطب على الجهد عبر هذا المكون بخاصية الجهد الحالي (IVC). في كثير من الأحيان، يتم تصوير CVC بيانيا في الإحداثيات الديكارتية. في هذه الحالة، عادة ما يتم رسم الجهد على طول الإحداثي الإحداثي على الرسم البياني، ويتم رسم التيار على طول الإحداثي.

على وجه الخصوص، المقاومات الأومية التي يتم وصف رمز CVC لها بواسطة دالة خطية وهي عبارة عن خطوط مستقيمة على الرسم البياني لرمز CVC تسمى خطية.

من أمثلة الدوائر الخطية (عادةً بتقريب جيد جدًا) هي الدوائر التي تحتوي فقط على مقاومات ومكثفات وملفات حث بدون قلوب مغناطيسية حديدية.

يمكن وصف بعض الدوائر غير الخطية تقريبًا بأنها خطية إذا كان التغير في زيادات التيارات أو الفولتية على المكون صغيرًا، في حين يتم استبدال الخاصية IV غير الخطية لمثل هذا المكون بأخرى خطية (تماس للخاصية IV عند نقطة التشغيل). هذا النهج يسمى "الخطية". في هذه الحالة، يمكن تطبيق جهاز رياضي قوي لتحليل الدوائر الخطية على الدائرة. تتضمن أمثلة هذه الدوائر غير الخطية التي تم تحليلها على أنها خطية تقريبًا أي جهاز إلكتروني يعمل في الوضع الخطي ويحتوي على مكونات نشطة وسلبية غير خطية (مكبرات الصوت والمولدات وما إلى ذلك).

دائرة كهربائية- هذه مجموعة منفصلة من الأجهزة الكهربائية (المكاوي وأجهزة التلفزيون والثلاجات وما إلى ذلك) جنبًا إلى جنب مع المقابس والمفاتيح والأسلاك والآلات ومحطة فرعية كهربائية (كيف يمكنك الحصول على التيار بدونها) تعمل حاليًا معًا لتحقيق هدف محدد . حسنًا، اعتمادًا على الغرض (مشاهدة برنامجك المفضل، أو الحفاظ على الطعام طازجًا أو ضمان استقرار معلمات مصدر الطاقة في مصدر طاقة الكمبيوتر)، تنقسم الدوائر الكهربائية إلى بسيطة ومعقدة، وغير متفرعة ومتفرعة، وخطية وغير خطية.

أي أنه يمكن اعتبار الدائرة الكهربائية عبارة عن مجموعة من الأجهزة الكهربائية الفردية، بالإضافة إلى مجموعة من الأجزاء الأولية المنفصلة والوصلات بينها التي تشكل إحدى الكتل الوظيفية في الدائرة الكهربائية للجهاز.

غير متفرعالدوائر الكهربائية - وهي أيضًا بسيطة - وهي دوائر يتدفق فيها التيار دون تغيير قيمته وعلى طول أبسط مسار من مصدر الطاقة إلى المستهلك. أي أن نفس التيار يتدفق عبر جميع عناصر هذه الدائرة. يمكن اعتبار أبسط دائرة غير متفرعة دائرة الإضاءة لإحدى الغرف في الشقة حيث يتم استخدام ثريا ذات ذراع واحدة. في هذه الحالة، يتدفق التيار من مصدر الطاقة عبر الآلة والمفتاح والمصباح الكهربائي ويعود إلى مصدر الطاقة.

متفرعةهي دوائر تحتوي على واحد أو أكثر من مسارات التيار المتفرعة. أي أن التيار، الذي يبدأ رحلته من مصدر الطاقة، يتفرع إلى عدة فروع للمستهلكين، مع تغير قيمته. أحد الأمثلة البسيطة لمثل هذه الدائرة هو الدائرة المذكورة أعلاه لإضاءة غرفة في شقة، ولكن فقط باستخدام ثريا متعددة المسارات ومفتاح متعدد العصابات. يأتي التيار من مصدر الطاقة عبر الآلة إلى المفتاح متعدد المفاتيح، ثم يتفرع إلى عدة مصابيح ثريا، ثم عبر سلك مشترك يعود إلى مصدر الطاقة.

خطيتعتبر مثل هذه الدائرة الكهربائية حيث لا تعتمد خصائص جميع عناصرها على حجم وطبيعة التيار المتدفق والجهد المطبق.

غير خطيةتعتبر الدائرة تحتوي على عنصر واحد على الأقل، وتعتمد خصائصه على التيار المتدفق والجهد المطبق.

2. التحويلات المكافئة في الدوائر الكهربائية. تحديد المقاومة المكافئة في التوصيلات التسلسلية والمتوازية والمختلطة لعناصر الدوائر الكهربائية.

عند حل المشكلات، من المعتاد تحويل الدائرة بحيث تكون بسيطة قدر الإمكان. لهذا، يتم استخدام التحويلات المكافئة. تسمى التحولات المكافئة مثل هذه التحولات لجزء من دائرة الدائرة الكهربائية، حيث تظل التيارات والفولتية في الجزء غير المحول دون تغيير.

هناك أربعة أنواع رئيسية من توصيلات الموصلات: السلسلة والمتوازية والمختلطة والجسر.

اتصال تسلسلي- هذا اتصال تكون فيه القوة الحالية هي نفسها في جميع أنحاء الدائرة. من الأمثلة الصارخة على الاتصال التسلسلي إكليل شجرة عيد الميلاد القديم. هناك، يتم توصيل المصابيح في سلسلة، واحدة تلو الأخرى. الآن تخيل أن أحد المصابيح احترق، والدائرة الكهربائية معطلة، وانطفأت بقية المصابيح. يؤدي فشل أحد العناصر إلى إيقاف تشغيل جميع العناصر الأخرى، وهذا يعد عيبًا كبيرًا في الاتصال التسلسلي.

عند توصيلها على التوالي، يتم جمع مقاومات العناصر.

اتصال موازية- هذا اتصال يكون فيه الجهد في نهايات قسم الدائرة هو نفسه. الاتصال المتوازي هو الأكثر شيوعًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن جميع العناصر تحت نفس الجهد، ويتم توزيع التيار بشكل مختلف، وعندما يغادر أحد العناصر، تستمر جميع العناصر الأخرى في العمل.

عند التوصيل على التوازي نجد المقاومة المكافئة كما يلي:

في حالة وجود مقاومتين متصلتين على التوازي

في حالة وجود ثلاث مقاومات متصلة على التوازي:

اتصال مختلط- اتصال، وهو عبارة عن مزيج من الاتصالات التسلسلية والمتوازية. للعثور على المقاومة المكافئة، تحتاج إلى "طي" الدائرة عن طريق تحويل المقاطع المتوازية والمتسلسلة للدائرة بالتناوب.

أولاً، نوجد المقاومة المكافئة للمقطع الموازي للدائرة، ثم نضيف إليها المقاومة المتبقية R 3. ينبغي أن يكون مفهوما أنه بعد التحويل، يتم توصيل المقاومة المكافئة R 1 R 2 والمقاوم R 3 على التوالي.

لذلك، يبقى اتصال الموصلات الأكثر إثارة للاهتمام والأكثر صعوبة.

يظهر مخطط اتصال الجسر في الشكل أدناه.

من أجل انهيار دائرة الجسر، يتم استبدال أحد مثلثات الجسر بنجمة مكافئة.

ووجدوا المقاومات R 1 و R 2 و R 3.

ثم يجدون إجمالي المقاومة المكافئة، مع الأخذ في الاعتبار أن المقاومات R 3 و R 4 و R 5 و R 2 متصلة ببعضها البعض على التوالي، وفي أزواج على التوازي.

الدائرة الكهربائية الخطية

الإنجليزية: دائرة الخط

دائرة كهربائية لا تعتمد مقاوماتها الكهربائية ومحاثاتها وسعاتها الكهربائية على قيم واتجاهات التيارات والفولتية في الدائرة (وفقًا لـ GOST 19880-74)

قاموس البناء.

انظر ما هي "الدائرة الكهربائية الخطية" في القواميس الأخرى:

الدائرة الكهربائية الخطية- دائرة كهربائية تكون فيها الفولتية الكهربائية والتيارات الكهربائية أو (و) التيارات الكهربائية وروابط التدفق المغناطيسي، أو (و) الشحنات الكهربائية والفولتية الكهربائية متصلة ببعضها البعض عن طريق التبعيات الخطية. [غوست ص 52002 ... دليل المترجم الفني

الدائرة الكهربائية الخطية- 119. الدائرة الكهربائية الخطية دائرة كهربائية لا تعتمد مقاوماتها الكهربائية ومحاثاتها وسعاتها الكهربائية لأقسامها على قيم واتجاهات التيارات والفولتية في الدائرة المصدر: GOST 19880 74: الهندسة الكهربائية. ... ...

الدائرة الكهربائية الخطية- - دائرة كهربائية ومقاومات كهربائية وملفات وسعات كهربائية لأقسامها لا تعتمد على قيم واتجاهات التيارات والفولتية في الدائرة. غوست 19880 74 ... صناعة الطاقة التجارية. مرجع القاموس

الدائرة الكهربائية الخطية- دائرة كهربائية لا تعتمد المقاومة والحث والسعة لأقسامها على مقادير واتجاهات التيارات والفولتية في الدائرة ... المعجم التوضيحي للمصطلحات البوليتكنيكية

الدائرة الكهربائية الخطية (غير الخطية)- دائرة كهربائية تكون فيها الفولتية الكهربائية والتيارات الكهربائية أو (و) التيارات الكهربائية وروابط التدفق المغناطيسي ، أو (و) الشحنات الكهربائية والفولتية الكهربائية متصلة ببعضها البعض خطيًا (غير خطي) ... ... المصطلحات الرسمية

الدائرة الكهربائية الخطية [غير الخطية].- 1. دائرة كهربائية تكون فيها الجهود الكهربائية والتيارات الكهربائية أو (و) التيارات الكهربائية وروابط التدفق المغناطيسي ، أو (و) الشحنات الكهربائية والجهود الكهربائية متصلة ببعضها البعض خطيًا [غير خطي] ... ... قاموس الاتصالات

مجموعة من المصادر ومستقبلات الطاقة الكهربائية والأسلاك التي تربط بينها. بالإضافة إلى هذه العناصر، في E. ج. قد تشمل قواطع الدائرة، والمفاتيح، والصمامات وغيرها من أجهزة الحماية والتبديل الكهربائية، بالإضافة إلى ... ... الموسوعة السوفيتية العظمى

خطي- 98 دائرة كهربائية خطية [غير خطية] دائرة كهربائية ترتبط فيها الفولتية الكهربائية والتيارات الكهربائية و/أو التيارات الكهربائية وروابط التدفق المغناطيسي و/أو الشحنات الكهربائية والفولتية الكهربائية مع بعضها البعض… … كتاب مرجعي للقاموس لمصطلحات التوثيق المعياري والتقني

يحتوي ويكاموس على مقالة "سلسلة" السلسلة: في التقنية: السلسلة عبارة عن هيكل يتكون من روابط متطابقة (بالمعنى الأصلي حلقات معدنية) متصلة ... ويكيبيديا

الشكل 1: سلسلة تشوا. العناصر السلبية L،G،C1،C2، الصمام الثنائي Chua. في الإصدار الكلاسيكي يتم تقديم القيم التالية للعناصر: L \u003d 1 / 7Gn؛ G \u003d 0.7Sm؛ C1 \u003d 1 / 9F؛ C2 \u003d 1F دائرة Chua، دائرة Chua هي الأبسط دائرة كهربائية توضح الأوضاع ... ... ويكيبيديا

التيار الثابت هو تيار كهربائي لا يتغير اتجاهه. تسمى الدائرة الكهربائية التي تحتوي على مثل هذا التيار بدائرة التيار المستمر.

الكميات الرئيسية التي تميز العمليات التي تحدث في الدوائر الكهربائية ذات التيار المستمر هي: EMF للمصدر E(B)، الجهد U(B)، الجهد Ψ(B)، التيار I(A)، الطاقة P(W).

المعلمات الرئيسية للدوائر وعناصرها هي:

المقاومة R (أوم)، الموصلية G (سم).

الخاصية الرسومية للدائرة هي رسم تخطيطي محتمل يوضح التغير في الجهد من المقاومة على طول الدائرة.

قوانين الدوائر الكهربائية

ومن أهم القوانين التي تحكم العمليات التي تحدث في الدوائر الكهربائية قانون أوم، وقانوني كيرشوف، وقانون توازن القوى.

ينطبق قانون أوم على قسم منفصل من الدائرة الكهربائية. ويتم صياغته على النحو التالي: في قسم الدائرة، يتناسب التيار بشكل مباشر مع الجهد ويتناسب عكسيا مع مقاومة هذا القسم.

ومن (3.1) يتبين أن: U= IR، وأيضًا R=U / I

ومع ذلك، لا يتبع من الصيغة الأخيرة أن المقاومة R تعتمد على الجهد U أو على التيار I.

يستخدم قانون كيرشوف الأول لتحديد العلاقة بين التيارات في الدوائر المتفرعة. وتتم صياغته على النحو التالي: المجموع الجبري لتيارات الفروع المتقاربة في العقدة الكهربائية يساوي الصفر.

في هذه الحالة، يتم أخذ التيارات الداخلة إلى العقدة بعلامة "+"، والتيارات الخارجة من العقدة بعلامة "-".

مثال. اكتب معادلة وفقًا لقانون كيرشوف I للعقدة 1.

أنا 1 + أنا 2 - أنا 3 -أنا 4 \u003d 0

ينطبق قانون كيرشوف الثاني على الحلقة المغلقة. انها تقول:

في أي حلقة مغلقة، يكون المجموع الجبري لمصادر المجالات الكهرومغناطيسية مساويًا للمجموع الجبري لانخفاض الجهد عبر جميع مقاومات الحلقة.

ΣEi = ΣUj (3.3)

لكتابة المعادلة وفقا لقانون كيرشوف الثاني، عليك أولا اختيار اتجاه تجاوز الكفاف. عند كتابة المعادلة يؤخذ المجال الكهرومغناطيسي بعلامة "+"، فإذا تزامن اتجاه المجال الكهرومغناطيسي مع اتجاه تجاوز الدائرة، يؤخذ الجهد بعلامة "+" إذا تزامن التيار في هذه المقاومة مع اتجاه التجاوز. اتجاه تجاوز الدائرة. بخلاف ذلك، يتم أخذ المجال الكهرومغناطيسي والجهد بعلامة "-".

مثال. اكتب معادلة وفقًا لقانون كيرشوف II للدائرة II.

نختار اتجاه الالتفافية في اتجاه عقارب الساعة (كما هو موضح بالسهم).

ه 2 -ه 3 \u003d يو 2 -يو 3 -يو 4؛

بالنظر إلى قانون أوم، نكتب على النحو التالي: E 2 -E 3 \u003d I 2 R 2 -I 3 R 3 -I 3 R 4.

ينص قانون توازن القوى على أنه: في أي لحظة في الدائرة الكهربائية، يتم تحقيق توازن القوى، أي أن المجموع الجبري لقوى جميع مصادر الكهرباء يساوي المجموع الجبري لقوى جميع المستقبلات في الدائرة.

Σ R I i = Σ R P j (3.4)

مثال للتين. 3.5: ه 1 أنا 1 - ه 2 أنا 2 + ه 3 أنا 3 \u003d يو 1 أنا 1 + يو 2 أنا 2 + يو 3 أنا 3 + يو 4 أنا 3

طرق تشغيل الدوائر الكهربائية.

يمكن أن تعمل الدائرة الكهربائية بأحد الأوضاع الأربعة:

- اسمى، صورى شكلى، بالاسم فقط؛

- الخمول (XX)؛

- ماس كهربائى (ماس كهربائى)؛

- متفق.

خذ بعين الاعتبار دائرة كهربائية DC غير متفرعة تتكون من مصدر EMF مع مقاومة داخلية R HV، وخط من سلكين مع المقاومة R L ومقاومة الحمل R H، والتي يمكن أن تختلف قيمتها (الشكل 3.6).

التصنيف - هذا هو الوضع الذي يمكن أن تعمل فيه جميع عناصر الدائرة الكهربائية لفترة طويلة بما فيه الكفاية، مع موثوقية معينة. يتميز هذا الوضع بالجهد المقنن U NOM والتيار I NOM والطاقة R NOM والكفاءة.
والمذكورة في جواز السفر، بينما نحصل على:

E \u003d I NOM R HV + I NOM R L + I NOM R H؛ (3.5)

U NOM \u003d E-I NOM R HV (3.6)

الخمول هو الوضع الذي تنقطع فيه الدائرة الكهربائية ولا يوجد تيار، I XX \u003d 0. في هذا الوضع، يمكننا أن نفترض أن R H → ∞ وU XX =E.

في هذا الوضع، يمكن أن تعمل الدائرة لفترة طويلة، دون قيود.

يحدث الوضع K3 عندما تنخفض مقاومة جهاز الاستقبال (الحمل) إلى الصفر، أي. ص ن ≈0.

في هذه الحالة، يكون الجهد عند الحمل صفر U=0، ويكون تيار الحمل أعلى بعدة مرات من التيار المقنن.

أنا KZ \u003d E / (R VN + R L) (3.7)

إذا كان R L ≈0، فأنا KZ \u003d E / R VN، حيث يصل إلى قيم كبيرة جدًا. ولذلك، فإن الوضع K.3 هو وضع الطوارئ.

المنسق هو وضع الدائرة الكهربائية، حيث تكون الطاقة المنبعثة من المصدر إلى الدائرة الخارجية ذات أهمية قصوى.

يحدث مثل هذا الوضع عند نسب معينة بين المقاومات R HV و R H و R L. ويتم تحديد شرط حدوث الوضع المطابق بالمعادلة

R N \u003d R VN + R L (3.8)

في وضع منسق، والكفاءة هو 0.5، لذلك لا يتم استخدام هذا الوضع عمليا للتركيبات الكهربائية القوية. فقط بعض أجهزة الراديو والأتمتة والأجهزة الأخرى منخفضة الطاقة تعمل في هذا الوضع.

مصادر EMF والتيار

مصدر الكهرباء هو جهاز يحول الطاقة غير الكهربائية إلى طاقة كهربائية.

اعتمادا على خصائصها، يمكن تقسيم مصادر الطاقة ذات التيار المباشر إلى مجموعتين: مصادر المجالات الكهرومغناطيسية ومصادر التيار.

تتمتع مصادر المجالات الكهرومغناطيسية بمقاومة داخلية منخفضة R HV ويتم الإشارة إليها في المخططات على النحو التالي:

هنا R H هي مقاومة الحمل المتصلة بالطرفين a وb لمصدر المجالات الكهرومغناطيسية.

من مميزات مصدر EMF أن الجهد عند أطرافه لا يتغير بشكل كبير عندما تتغير مقاومة الحمل R H. في هذه الحالة، يتغير تيار الحمل I H (عندما ينخفض ​​R H، يزيد I H والعكس صحيح). يتم تحديد جهد مصدر EMF بالتعبير:

U=E - I H R HV (3.9)

المصدر الحالي لديه موصلية داخلية منخفضة G HV ويشار إليه في الرسم البياني على النحو التالي:

عندما تتغير مقاومة الحمل R H المتصلة بالمصدر الحالي، يتغير تيار الحمل I H قليلاً، بينما يتغير الجهد U عند المحطات a و b للمصدر الحالي (عندما يزيد R H، يزداد الجهد U أيضًا).

يتم تحديد قيمة تيار الحمل للمصدر الحالي بواسطة الصيغة

أنا ح \u003d أنا ك -UG HV (3.10)

حيث I K هو التيار الناتج عن المصدر الحالي.

تشمل مصادر المجالات الكهرومغناطيسية المولدات الكهروميكانيكية والخلايا الكلفانية والبطاريات.

تشمل المصادر الحالية أجهزة الشحن ومصادر الطاقة الخاصة المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر وما إلى ذلك. .

اعتمادًا على نوع الطاقة الأولية (غير الكهربائية)، تنقسم مصادر التيار المباشر إلى: كيميائية، وكهربائية، وكهروحرارية، وكهروضوئية، ونووية، ومغناطيسية هيدروديناميكية (MHD)، وما إلى ذلك.

مصادر التيار المباشر الكيميائي

تشمل مصادر التيار المباشر الكيميائي ما يلي:

– عناصر كلفانية

- عناصر الوقود؛

- المراكم.

تستخدم الخلايا الكلفانية (البطاريات) على نطاق واسع.

في الخلية الجلفانية، يتم تحويل الطاقة الكيميائية الناتجة عن تفاعلات الأكسدة والاختزال إلى طاقة كهربائية. من مميزات الخلية الجلفانية استحالة استعادة موادها النشطة بعد التفريغ، لذا فهي خلايا لا رجعة فيها. في الممارسة العملية، يتم استخدام النحاس والزنك والنحاس المغناطيسي والفضة المغناطيسية وأكسيد الزئبق والفحم والزنك.

تستخدم خلايا الوقود في المركبات الفضائية.

في خلايا الوقود، يتم توفير الوقود والمواد المؤكسدة للأقطاب الكهربائية أثناء استهلاكهما في الخلية. في هذه الحالة، لا تشارك مادة القطب بشكل مباشر في التفاعلات وتكون مجرد محفز.

تعد البطاريات حاليًا المصادر الأكثر شيوعًا للتيار المباشر (الرصاص والفضة والزنك والنيكل والكادميوم والليثيوم وما إلى ذلك).

النظر في الجهاز ومبدأ تشغيل بطارية الرصاص.

العناصر الرئيسية للبطارية عبارة عن قطبين كهربائيين موضوعين في المنحل بالكهرباء.

يستخدم ثاني أكسيد الرصاص РbO 2 كقطب موجب، ويستخدم الرصاص الإسفنجي (المسامي) Pb كقطب سلبي.

المنحل بالكهرباء هو محلول حمض الكبريتيك H 2 SO 4 .

عند توصيل مقاومة (حمل) بأقطاب البطارية، تصبح الدائرة الكهربائية مغلقة ويتدفق تيار التفريغ عبر الحمل.

في هذه الحالة، نتيجة للتفاعل الكيميائي، تتفاعل أيونات الرصاص الموجبة Pb ++ c للقطب السالب مع الأيونات السالبة لبقايا الحمض SO 4 - -، ونتيجة لذلك تظل الشحنات السالبة على القطب السالب وتتشكل كبريتات الرصاص PbSO 4، والتي تترسب على القطب الكهربائي.

نتيجة للتفاعلات الكيميائية، يتم تشكيل فيلم من كبريتات الرصاص PdSO 4 أيضًا على القطب الموجب، ويتم إطلاق شحنات موجبة، بالإضافة إلى ذلك، يتم تشكيل جزيئات الماء الإضافية H 2 O في المنحل بالكهرباء.

وهكذا، أثناء التفريغ، يتم تشكيل فيلم من كبريتات الرصاص على كلا القطبين الكهربائيين، وينخفض ​​عدد جزيئات الماء، وتنخفض كثافة المنحل بالكهرباء.

عندما يتم توصيل مصدر تيار مستمر خارجي بأقطاب البطارية، تبدأ عملية الشحن.

في هذه الحالة، نتيجة للتفاعلات الكيميائية، يتحلل فيلم كبريتات الرصاص الموجود على كلا القطبين الكهربائيين. يتم تقليل الرصاص Pb عند القطب السالب، ويتم تقليل ثاني أكسيد الرصاص PbO 2 عند القطب الموجب. في الإلكتروليت، يتناقص عدد جزيئات الماء H 2 O ويزداد عدد جزيئات حمض الكبريتيك H 2 SO 4. وتزداد كثافة الإلكتروليت. المعادلة الكيميائية لكلتا العمليتين لها الشكل العام التالي

Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 ← → 2PbSO 4 + 2H 2 O

من الناحية الهيكلية، تتكون البطارية من عدة بطاريات متصلة على التوالي وموجودة في قطعة واحدة من الإيبونيت. تحتوي كل بطارية على لوحات سلبية وإيجابية. لوحات من نفس القطبية مترابطة وتشكل شبه كتلة. يتم إدخال ألواح عازلة (فواصل) من الإبونيت بين الألواح الموجبة والسالبة لمنع حدوث دوائر قصيرة.

المصادر الأخرى شائعة الاستخدام للتيار المباشر هي الآلات الكهربائية - وستتم مناقشة المولدات بشكل أكبر في الموضوع ذي الصلة.

دائرة كهربائيةتسمى مجموعة العناصر التي تشكل مسارات للمرور. تتكون الدائرة الكهربائية من عناصر نشطة وسلبية.

العناصر النشطةيتم أخذ مصادر الطاقة الكهربائية (مصادر الجهد والتيار) بعين الاعتبار، وتشمل العناصر السلبية،.

تسمى الخصائص الكمية لعناصر الدائرة الكهربائية بمعلماتها. على سبيل المثال، معلمات مصدر الجهد الثابت هي EMF و. معلمة المقاوم هي مقاومة الملف - محاثته L والمكثف - السعة C.

يُطلق على الجهد أو التيار الذي يتم توفيره للدائرة إشارة التمثيل أو الإدخال. يمكن اعتبار التأثير على الإشارات وظائف مختلفة للوقت، وتتغير وفقًا لبعض القوانين z(t) . على سبيل المثال، يمكن أن تكون z(t) قيمة ثابتة، أو تتغير بمرور الوقت وفقًا لقانون دوري، أو لها طابع غير دوري.

سيتم تسمية الفولتية والتيارات التي تنشأ تحت تأثير التأثيرات الخارجية في جزء الدائرة الكهربائية الذي يهمنا وهي أيضًا وظائف للوقت x(t) رد فعل (استجابة) السلسلةأو إشارة الخرج.

يتمتع أي عنصر سلبي في دائرة كهربائية حقيقية بدرجة أو بأخرى بمقاومة نشطة ومحاثة وسعة. ومع ذلك، لتسهيل دراسة العمليات في الدائرة الكهربائية وحسابها، يتم استبدال الدائرة الحقيقية بدائرة مثالية تتكون من عناصر منفصلة منفصلة مكانيًا R، L، C.

من المفترض أن الموصلات التي تربط عناصر الدائرة ليس لها مقاومة نشطة ومحاثة وسعة. تسمى هذه السلسلة المثالية بالسلسلة ذات المعلمات المجمعةوالحسابات المبنية عليها تعطي في كثير من الحالات نتائج مؤكدة جيدًا بالتجربة.

الدوائر الكهربائية ذات المعلمات الثابتة هي دوائر تكون فيها مقاومات المقاومات R وتحريض الملفات L وسعة المكثفات C ثابتة، بغض النظر عن التيارات والفولتية المؤثرة في الدائرة. تسمى هذه العناصر خطي .

إذا كانت مقاومة المقاوم R لا تعتمد على التيار، فسيتم التعبير عن العلاقة الخطية بين انخفاض الجهد والتيار ur = R x i r، وخاصية الجهد الحالي للمقاوم (خط مستقيم (الشكل 1) ، أ).

إذا كان محاثة الملف لا تعتمد على القيمة (التيار المتدفق فيه، فإن وصلة التدفق للتحريض الذاتي للملف ψ تتناسب طرديًا مع هذا التيار ψ = L x i l (الشكل 1، ب) .

أخيرًا، إذا كانت سعة المكثف C لا تعتمد على الجهد uc المطبق على الألواح، فإن الشحنة q المتراكمة على الألواح والجهد u c مترابطان من خلال الاعتماد الخطي الموضح بيانيًا في الشكل. 1 في .

أرز. 1. خصائص العناصر الخطية للدائرة الكهربائية: أ - خاصية الجهد الحالي للمقاوم، ب - اعتماد رابط التدفق على التيار في الملف، ج - اعتماد شحنة المكثف على الجهد عبره.

إن خطية المقاومة والحث والسعة مشروطة، حيث إنها في الواقع جميع العناصر الحقيقية دائرة كهربائيةغير خطية. نعم أثناء المرور التيار من خلال المقاوم الأخير.

يمكن أن تؤدي الزيادة المفرطة في التيار في ملف ذو قلب مغنطيسي حديدي إلى تغيير محاثته قليلاً. إلى حد ما، تتغير سعة المكثفات ذات العوازل المختلفة اعتمادًا على الجهد المطبق.

ومع ذلك، في وضع التشغيل العادي للعناصر، عادة ما تكون هذه التغييرات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن أخذها في الاعتبار في الحسابات وتعتبر عناصر الدائرة الكهربائية خطية.

يمكن أيضًا اعتبار الترانزستورات التي تعمل في أوضاع يتم فيها استخدام المقاطع المستقيمة لخصائص جهدها الحالي بمثابة الأجهزة الخطية.

تسمى الدائرة الكهربائية المكونة من عناصر خطية الدائرة الكهربائية الخطية. تتميز الدوائر الخطية بمعادلات خطية للتيارات والفولتية ويتم استبدالها بدوائر مكافئة خطية. تتكون الدوائر المكافئة الخطية من عناصر خطية سلبية ونشطة، وخصائص الجهد الحالي لها خطية.لتحليل العمليات في الدوائر الكهربائية الخطية تستخدم.

هذه المقالة مخصصة لأولئك الذين بدأوا للتو في دراسة نظرية الدوائر الكهربائية. وكما هو الحال دائمًا، لن ندخل في غابة الصيغ، بل سنحاول شرح المفاهيم الأساسية وجوهر الأشياء المهمة للفهم. لذا، مرحبا بكم في عالم الدوائر الكهربائية!

هل تريد المزيد من المعلومات المفيدة والأخبار الجديدة كل يوم؟ انضم إلينا على التليجرام.

الدوائر الكهربائية

هي مجموعة من الأجهزة التي يتدفق من خلالها التيار الكهربائي.

النظر في أبسط الدائرة الكهربائية. مما تتكون؟ يحتوي على مولد - مصدر تيار، جهاز استقبال (على سبيل المثال، مصباح كهربائي أو محرك كهربائي)، بالإضافة إلى نظام نقل (أسلاك). لكي تصبح الدائرة دائرة، وليس مجموعة من الأسلاك والبطاريات، يجب أن تكون عناصرها مترابطة بواسطة الموصلات. لا يمكن للتيار أن يتدفق إلا في دائرة مغلقة. ولنعطي تعريفا آخر:

- هذه هي مصادر التيار المترابطة وخطوط النقل وجهاز الاستقبال.

بالطبع، المصدر والمغسلة والأسلاك هي الخيار الأبسط للدائرة الكهربائية الأولية. في الواقع، تشتمل الدوائر المختلفة على العديد من العناصر والمعدات المساعدة: المقاومات، والمكثفات، ومفاتيح السكين، والأميتر، والفولتميتر، والمفاتيح، ووصلات الاتصال، والمحولات، وما إلى ذلك.

تصنيف الدوائر الكهربائية

عن طريق التعيين، الدوائر الكهربائية هي:

• دوائر الطاقة الكهربائية
• دوائر التحكم الكهربائية
• دوائر القياس الكهربائية.

دوائر الطاقةمصممة لنقل وتوزيع الطاقة الكهربائية. إنها دوائر الطاقة التي توصل التيار إلى المستهلك.

كما يتم تقسيم الدوائر حسب قوة التيار فيها. على سبيل المثال، إذا كان التيار في الدائرة يتجاوز 5 أمبير، فإن الدائرة هي طاقة. عند النقر على الغلاية الموصولة بالمأخذ، فإنك تغلق دائرة الطاقة.

دوائر التحكم الكهربائيةليست طاقة وهي مصممة لتفعيل أو تغيير معلمات تشغيل الأجهزة والمعدات الكهربائية. مثال على دائرة التحكم هو معدات المراقبة والتحكم والإشارات.

دوائر القياس الكهربائيةمصممة لتسجيل التغييرات في معلمات المعدات الكهربائية.

حساب الدوائر الكهربائية

لحساب الدائرة يعني العثور على جميع التيارات فيها. هناك طرق مختلفة لحساب الدوائر الكهربائية: قوانين كيرشوف، طريقة التيارات الحلقية، طريقة الجهود العقدية، وغيرها. النظر في تطبيق طريقة التيارات الحلقية على مثال دائرة معينة.

أولا، نختار الدوائر ونشير إلى التيار فيها. يمكن اختيار اتجاه التيار بشكل تعسفي. في حالتنا، في اتجاه عقارب الساعة. ثم لكل كفاف سنقوم بتكوين معادلات وفقًا لقانون كيرشوف الثاني. يتم تجميع المعادلات على النحو التالي: يتم ضرب تيار الحلقة بمقاومة الحلقة، ويتم إضافة منتجات تيار الحلقات الأخرى والمقاومات الإجمالية لهذه الحلقات إلى التعبير الناتج. بالنسبة لمخططنا:

يتم حل النظام الناتج عن طريق استبدال البيانات الأولية للمشكلة. تم العثور على التيارات في فروع الدائرة الأصلية كمجموع جبري لتيارات الحلقة

مهما كانت السلسلة التي تحتاج إلى حسابها، سيساعدك خبراؤنا دائمًا في التعامل مع المهام. سنجد جميع التيارات حسب قاعدة كيرشوف ونحل أي مثال للعابرين في الدوائر الكهربائية. استمتع بالتعلم معنا!