Тұрақты ток электр тізбектерінің элементтері. Электр сұлбасы

Электр тізбегі – бір-бірімен сымдар арқ жалғанатын элементтерден құралған электр және энергияның басқа түрлерінің берілуі, таратылуы және өзара түрленуі үшін арналған құрылғы-ң жиынтығы. Электр тізбегіндегі элементтер-белгілі бір функция атқаратын, электр тізбегіне кіретін құрылғылар. Электр тізб-ң нег элем-не электр энергия көздері және қабылдағыштар жатады. Электр эн-я көздерінде энергияның көптеген түрлері электр эн-на айналады. Ал эл. энергияның қабылдағыштарында керісінше электр энергиясы энергияның басқа түрлеріне айналады. Өткізгіштік электр тогы-уақыт бойынша электр зарядынан алынған туынды, қарастырылып отырған бет арқылы өтетін, тасымалдап апаратын зарядқа тең. Кернеу-электр өрісі кернеулігінің сызықты интегралы Кернеу мен ток бағыты бірдей. ЭҚК Е-бөгде өрістің жіне индукцияланған электр өрісінің электр тогын қоздыру қабілетін сипаттайды. Қабылдағыш кедергісі R-электр эн тұтынуды, эл эн басқа энергия түріне өзгеруін сипаттайды. Қабылдағыш кедергісі токка тәуелді, кернеуі Ом заңымен анықталады: Өткізгіштік-кедергіге кері шама Индуктивтік L-электр тізбегінің идеалды элменті, онда магнит өрісінің эн жинақталады. Конденсатор сыйымдалығы С-конденсатор электродтары арасындағы эл сыйымдылығы,электр өрісінің энергиясы жинақталып, сақталады

Электр сүлбесі – электр тізбектің графикалық көрінісі. Ол электр тізбектің элемементтерінің қосылуы қалай орындалғанды көрсетеді де, тізбекті есептеде қолданады. Сұлбаның 2 нег элем-рі бар: ЭҚК Е және ішкі кедергісі R көз және қабылдағыштармен сымдардың кедергісі R. ЭҚК E потенциалдарының айырымына немесе көзде ток жоқ кезде болымды 1 және теріс 2 қысқыштардың арасындағы кернеуге тең:

E=ϕ₁-ϕ₂=U₁₂

Электр қозғаушы күш көздің ішінде кіші потенциалы бар қысқыштан жоғары потенциалы бар қысқышқа болымды зарядтың бірлігін ауыстыруға сыртқы (электр емес) күштердің жұмысы деп белгілеуге болады. ЭҚК-тің әрекет бағытын сұлбада тілмен көрсетеді.

2. ЭҚК бар тізбек бөлігі үшін Ом заңы.

Тармақталмаған құранды сүлбенің бөлігінің тогы үшін, еркінше ЭҚК-тері және кедергілері болғанда, егерде аяқтарындағы потенциалдар айырымы белгілі болса жазуға болады:

ЭҚК ток бағытымен бағыттас болса, оң таңбамен ал қарама-қарсы болса, теріс таңбамен алынады. Қуаттар балансы: Кез келген тармақталған электр тізбектерінде қорек көздерінің қуаты тұтынушылардың қуатына тең болуы керек. = . S_қор.=S_тұт.

3. Тармақталмаған тұрақты тоқ тізбегі. Тармақ, түйін, контур.Тоқтары мен кернеулері уақыт бойынша өзгермейтін тізбектерді тұрақты тоқ тізбектер дейміз. Тізбектеліп қосылған ЭҚК-тердің көздерінен және кедергілерден құралған электр тізбегінің бөлігі тармақ деп аталады. Түйін үш және одан да көп тармақтардың қосылған орны немесе нүктесі электр тізбегінің түйіні деп аталады. Бірнеше тармақтардан өтетін тұйықталған жол электр тізбегінің контуры деп аталады.

4. Тармақталған тұрақты ток электр тізбегі үшін Кирхгоф заңдары.Кейде Кирхгоф ережелері деп аталатын Кирхгофтың екі заңы – бұл электрлік тізбектің негізгі заңдары. Екі заңда көптеген тәжірибелер негізінде тағайындалған.

Кирхгофтың І – заңына (тоқтар үшін Кирхгоф заңына) сәйкес электрлік тізбектің түйініндегі тоқтардың алгебралық қосындысы нөлге тең:

,

яғни түйінге бағытталған токтардың қосындысы түйіннен шыққан тоқтардың қосындысына тең. Мысалы, 2.4 – суреттегі электр тізбегінің түйіні үшін

немесе .

Бұл заңнан шығатын салдар: элетр тізбегінің түйінінде зарядтар жинақталмайды, керісінше жағдайда түйіндер потенциалы мен тармақтағы тоқтар өзгерер еді.

2.4 – сурет

Кирхгофтың ІІ – заңына (кернеулер үшін Кирхгоф заңына) сәйкес кез келген тұйықталған контурдың ЭҚК – нің алгебралық қосындысы осы контур элементтеріндегі кернеулердің алгебралық қосындысына тең:

,

мұндағы контурдағы резисторлық элементтердің саны, ЭҚК саны.

2.5 – суретте келтірілген тізбек үшін Кирхгофтың ІІ – заңы:

I: I₁R₁+I₂R₂+I₄R₄=E₁-E₄

II: I₃R₃-I₂R₂-I₅R₅=0

III: I₄R₄-I₅R₅-I₆R₆=-E₄+E₆

I E1 II I2   I4 I5 E4 E6 E6

R3

R2

R1

_{E I3}

I1

R4

R5

R6

I₆

Кез келген электрлік тізбекте энергетикалық баланс – қуаттар балансы сақталу қажет. Қуаттар балансы түсінігі энергияның сақталу заңынан шығады: электр тізбегіндегі барлық қоректендіру көздерінің қуаты осы тізбектегі қабылдағыштар қуаттарының қосындысына тең

.

Егер ЭҚК пен токтың бағыты сәйкес келсе, онда тоқ көзі жүктемеге қуат береді. Бұл жағдайда көбейтіндісін «+» таңбамен алу керек. Егер ЭҚК пен токтың бағыты қарама-қарсы болса, онда тоқ көзі қабылдағыш тәртібімен (мысалы, аккумулятордың зарядталу тәртібі) жұмыс жасайды. Бұл жағдайда көбейтіндісін « - » таңбамен алу керек.

Қабылдағыштың қуатына тоқ көзінің ішкі кедергісінде бөлінетін қуатты да жатқызу керек.

5 .Тұрақты ток тізбегін контурлық тоқтар әдісімен есептеу.Контурлық токтар әдісі. Контурлық ток-алынған контурдың әр бөлігі үшін бірдей болатын есептеу шамасы. Есептеуді мына ретпен жүргізеді:а)тізбектің барлық тәуелсіз контурындағы контурлық токтардың бағытын бірдей етіп алады(сағат тілі бойынша немесе керісінше);б) контурдың айналу бағытын да сондай бағытпен белгілейді.Кирхгофтың екінші заңы бойынша контурдың әрқайсысына тәуелсіз теңдеулер құрылады. Бұл үшін әрбір контурда кездесетін бөліктердегі ЭҚК-імен контурлық токтардың теңдеу құрылып жатқан контурға қатыстығын қарастырады;в)алынған теңдеулер жүйесін шешіп, контурлық токтарды табады, ол арқылытармақтардағы негізгі токтарды есептейді.Контурлық токтар және олардың айналым бағыттары сағат тілінің бағытымен алынған.1231контуры үшін: 1361контур үшін: 3463контур үшін: 4564контур үшін: Тармақтардағы негізгі токтарды табу үшін мынаны ескеру керек, егер кез-келген тармақтан тек бір ғана контурлық ток өтсе, негізгі ток контурлық токтың өзіне тең, ал тармақтан бірнеше контурлық ток өтсе, онда негізгі ток осы контурлық токтардың алгебралық қосындысына тең.

.

6. Түйінді потенциалдар әдісімен токтарды анықтау.Кирхгофтың 1 заңына нергіжделген шартты түрде 1 түйіннің потенциалын 0-ге теңестіреміз. Сонда қалған отенциалдар үшін теңдеулер жүйесі келесі түрді қабылдайды.Негізгі потнециал «+» қалғаны «-» (Сурет лекцияда берілген) - - Түйінен шықса «-» кірсе «+» Кез келген әдіспен белгісіз потециалдарын анықтаймыз. Сонда тармақтағы токтар Ом заңы бойынша анықталады.

8.Тұрақты тоқ тізбектеріндегі қуаттар тепе-теңдігі.Қуаттар балансы:Кез келген тармақталған электр тізбектерінде қорек көздерінің қуаты тұтынушылардың қуатына тең болуы керек. = . S_қор.=S_тұт.

9.Синусоидалы ток тізбектері. Синусоидалы шамалар.Синусоидалы - деп sin заңы б/ша өзгеретін ж/е уақыт б/ша өзгер-н токты айт-з. Синусоидалық токтың лездік мәні мына өрнек-н анық-ды:i=I_msin(2πt/T+ψ)= I_msin(ωt+ψ), мұнд I_m –ток амплитудасы, яғни токтың ең үлкен мәні; синус аргументі 2πt/T+ψ–фаза д.а. Бұрыш ψ-бастапқы уақыт мезгіліндегі (t=0) фазасына тең, сонд-н оны бастапқы фаза д.а.Синусоидалы ток тізб-ң элемент-і:1.активті кедергі R;Бұл токтың лездік кернеуі u=U_msinωt.Ом заңы б/ша u=iR=I_mRsin ωt; Тұж-а: активті кедергіде ток пен кернеу фаза б/ша сәйкес келеді.активті кедергіге келіп түсетін қуат келесі өрнекпен анықт-ы: P=ui=U_msinωtI_msinωt=UIsin²ωt=U_mI_m(1-cos2ωt)/2. Син-ы ток тізб-і индуктивтілік: Х_L=ωL=2πfL; U_L=LdI/dt кернеу-ң лездік мәні. Индуктивтіліктегі кернеу векторы ток векторынан 90̊ озып отырады. Сыйымдылық кедергі: Х_с=1/ωС; u=1/c ₀ʃ^πίdt. Сыйымд-қ кедергіде ток векторы кернеу вект-н 90̊-қа озады.

Синусоидалыэлектршамалар – электр тізбекте кернеудің және токтын лездік шамалары тең уакыт аралык саиын каиталанатын процесс периоды деп аталады.Периодты шаманын мәні кайталанатын ен аз уакыты период деп аталады.Синусоидалы шаманын озгеріп тұрган мәнін белгілейтін шама фаза депаталады .Уакытагымыбойынша фаза оседі. 2πшамага фаза оскенненкеинсинусойдалышаманынозгеру циклі каиталанады

10.Активті кедергідегі синусоидалы тоқ.Активті кедергідегі тоқ, кернеу, қуат(лездік және кешенді түрлері). Лездік мәндер графигі. Векторлық диаграммасы.

11. Индуктивтіктегі синусоидалы тоқ.

Кернеудің лездік мәні (индуктивтілік кешенді кедергі)

12.Сыйымдылықтағы синусоидалы тоқ.Егер де С сыйымды лықтағы кернеу синусойдалы болса, онда тоқ:

көрініс көрініс көрсетіп тұр: тоқ ынта салынған кернеуден бұрышқа озып тұр, яғни тоқтың нөлдік мәніне кернеудің максималды мәні сәйкес.Фазалық ығысу:

–сыйымдылық кедергі, ал оған кері шама bC= – сыйымдылық өткізгіштік деп аталады. Сонымен,

Сыйымдылықтағы лезді қуат:

Бұл қуат амплитудасы UI, ал бұрыштық жиілігі 2 тең синусойдалы заң бойынша тербеленеді, яғни көрініс сияқты.Сыйымдылықтың электр өрісінің энергиясы:

0-ден – ге дейін шектерде бұрыштық жиілігі -мен периодикалы өзгеріп тұрады.

Көзбен сыйымдылықтың арасында энергияның тербеленуі өтеді, ал сыйымдылыққа түсетін активтік қуат нөлге тең. Сыйымдылық кедергіні былай табуға болады:

13. Синусоидалы шамалардың лездік және комплексті түрлері. Кернеу мен токтың әсерлік мәні.Синусоидалы - деп sin заңы б/ша өзгеретін ж/е уақыт б/ша өзгер-н токты айт-з. Синусоидалық токтың лездік мәні мына өрнек-н анық-ды:i=I_msin(2πt/T+ψ)= I_msin(ωt+ψ), мұнд I_m –ток амплитудасы, яғни токтың ең үлкен мәні; синус аргументі 2πt/T+ψ–фаза д.а. Бұрыш ψ-бастапқы уақыт мезгіліндегі (t=0) фазасына тең, сонд-н оны бастапқы фаза д.а.Синусоидалы ток тізб-ң элемент-і:1.активті кедергі R;Бұл токтың лездік кернеуі u=U_msinωt.Ом заңы б/ша u=iR=I_mRsin ωt; Тұж-а: активті кедергіде ток пен кернеу UIsin²ωt=U_mI_m(1-cos2ωt)/2. Син-ы ток тізб-і индуктивтілік: Х_L=ωL=2πfL; U_L=LdI/dt кернеу-ң лездік мәні. Индуктивтіліктегі кернеу векторы ток векторынан 90̊ озып отырады. Сыйымдылық кедергі: Х_с=1/ωС; u=1/c ₀ʃ^πίdt. Сыйымд-қ кедергіде ток векторы кернеу вект-н 90̊-қа озады.фаза б/ша сәйкес келеді.активті кедергіге келіп түсетін қуат келесі өрнекпен анықт-ы: P=ui=U_msinωtI_msinωt