Absolut enhver elektriske apparater kan kun tilsluttes strøm via ledning eller parallel forbindelse. Når elementer er forbundet parallelt, løber strømmen i flere retninger på én gang. Med andre ord har hvert element i kredsløbet sit eget strømkredsløb. De fleste hovedtræk Parallelforbindelse betyder nem betjening. Hvis et element i kredsløbet brænder ud, vil vi hurtigt identificere det og erstatte det, da hvis et element bryder sammen, stopper strømmen ikke med at flyde til de andre. Et vist antal enheder forårsager heller ikke strømfald. Erfaring med at samle elektriske kredsløb er meget nyttig for at forstå principperne for drift elektrisk strøm. Hvordan samler man et elektrisk kredsløb selv? Lad os prøve at finde ud af det.
Opret et elektrisk kredsløb
Når du udfører et projekt, bør du tage højde for alderen og erfaringen på den person, der skal udføre det. Sådanne opgaver kan tjene som en god og interessant eksperiment for studerende gymnasium der studerer lovene for fordeling af elektrisk strøm. Denne metode kan tjene som grundlag for en person, der for første gang påtager sig at samle en kæde.
Selve eksperimentet kan klassificeres i to forskellige typer udfører.
Vi bruger folie til at skabe
For at samle et elektrisk kredsløb derhjemme, skal du gøre følgende:
- Få en strømkilde. Den mest økonomiske og almindelige mulighed er det mest almindelige batteri.
Vigtig! Du kan tage et ni-volts batteri til sådan en opgave.
- Find de elektriske enheder, der skal bruges i eksperimentet. Det er de komponenter, du vil tilslutte til strømkilden.
Vigtig! Vores eksempel kræver to glødepærer eller ledende dioder.
- Du skal passe på konduktørerne. I dag skal aluminiumsfolie bruges som leder. Det er gennem denne folie, at der vil blive leveret elektrisk strøm fra batteriet til forbrugerne.
- Skær folien i fire smalle strimler: to stykker på hver 20 centimeter og to stykker på hver 10 centimeter.
Vigtig! Deres bredde skal svare til diameteren på sugerøret.
- Længere strimler skal tilsluttes batterier. Den ene med henholdsvis plus og den anden med minus.
- Nu er det værd at tænke på at forbinde elforbrugere. Du skal tage de to resterende ledere og vikle den ene ende op på en 20 centimeter leder. En af strimlerne skal forbindes nær enden af den lange "ledning", og den anden strimmel skal forbindes 7-8 centimeter tættere på batteriet. Vi vikler de frie ender af de korte "ledninger" rundt om pærerne.
Vigtig! Hvis du ikke kan ordne det godt, så brug elektrisk tape.
- Hvis du har undgået pauser i kredsløbet, så når alle elementer er tilsluttet, bør pærerne begynde at lyse. Prøv at røre glødepærerne til den anden lange leder, der kommer fra batteriets minus - pærerne vil lyse endnu stærkere.
Du har lært at lave et elektrisk kredsløb ved hjælp af aluminiumsfolie. Lad os prøve andre metoder.
Vi bruger ledninger og en kontakt
Dette projekt er en kompliceret variation af det første. Selv her bør der ikke være nogen vanskeligheder, da en sådan opgave er meget enkel at udføre. Det eneste du skal bruge er ledninger og en nøgle (afbryder). Sådan en lektion vil bringe god oplevelse for de brugere, der bare lærer det grundlæggende.
Vigtig! Denne metode kræver afisolering af enderne af ledningerne. Vær forsigtig i dine handlinger.
Arbejdsordre:
- Først skal du forberede alt, hvad du behøver for at oprette dette projekt. Det er værd at finde følgende: et batteri, ledere, en nøgle og mindst to energiforbrugere.
Vigtig! Igen er et 9-volts batteri perfekt til strømkilden, og du kan nemt finde en switch i enhver byggemarked.
- Bedst at finde kobbertråd at overføre strøm. Skær den i flere stykker af ikke særlig lang længde.
Vigtig! Du kan tage 70 centimeter for hele diagrammet.
- I denne metode vil der igen blive brugt pærer, men ingen forhindrer dig i at bruge en anden type forbruger.
- Lad os forberede ledningerne: Skær ledningen i fem identiske stykker med dimensioner på 20 centimeter hver. Det er nødvendigt at fjerne 2 cm isolering fra hver af deres ender.
Vigtig! En stripper er perfekt til at udføre sådanne manipulationer, men dens fravær kan kompenseres for med enkle saks eller trådkuttere.
- Tilslut den første elforbruger til strømkilden. For at gøre dette skal du forbinde en af ledningerne til dens plus og forbinde den anden ende til en af de brugte pærer.
- Nu skal du sætte nøglen på næringsstof. Brug et af de resterende stykker ledning til at oprette forbindelsen. Tilslut dens ende til kildens negative, og tilslut den anden ende til kontakten.
- Selve kontakten skal tilsluttes den første pære ved hjælp af et andet stykke leder. Tilslut enden af ledningen til nøglen og derefter til højre side af den første forbruger.
- Vi tager den anden lampe, ved hjælp af det sidste stykke ledning fastgør vi den på venstre side til den første pære, og på den anden - til venstre side af den anden pære.
- Brug den sidste resterende ledning til at forbinde højre side af den første pære til højre side af den anden pære. Kæden er klar.
- Tilbage er kun at lukke nøglen og se, hvordan de to pærer begynder at lyse.
Nu ved du, hvordan man laver et elektrisk kredsløb i to forskellige metoder. Sådanne eksperimenter hjælper med at forstå essensen af fysiske processer og give erfaring i fremtidige arbejde med elektriske kredsløb.
For 100% fiksering kan du bruge elektrisk tape eller en loddekolbe.
Vigtig! Brug af sidstnævnte kræver, at du har grundlæggende færdigheder i at håndtere en loddekolbe. Giv ikke enheden til dem, der ikke forstår, hvordan man bruger den.
Forsigtig
- Du må under ingen omstændigheder udføre manipulationer med høj spænding eller høj strøm, medmindre du har tilstrækkelig beskyttelse mod skadelige virkninger.
- Under stripping skal du nøje overvåge, om du har beskadiget selve ledningen. Bedste værktøj til dette formål - en stripper.
- Håndter elektriske forbrugere særligt forsigtigt, hvis du bruger pærer som dem. Sådanne elementer er meget skrøbelige, og skødesløs håndtering kan føre til nedskæringer eller elektrisk stød.
Radioamatører er ikke født. Held og lykke i alle dine bestræbelser!
GRUNDLÆGGENDE KONCEPT OG LOVE I TEORIEN OM ELEKTRISKE KREDSLAG
Ægte elektrisk kredsløb er et sæt enheder designet til at transmittere, distribuere og konvertere energi. I almindelig sag elektriske kredsløb indeholder kilder elektrisk energi, elektriske energimodtagere, måleinstrumenter, koblingsudstyr, forbindelsesledninger og ledninger.
Elektrisk kredsløb repræsenterer et sæt kilder, forbrugere (eller henholdsvis aktive og passive elementer) og elektriske energiomformere forbundet på en bestemt måde.
Kæden hedder passiv, hvis den kun består af passive elementer, og aktiv, hvis den også indeholder aktive elementer.
Kilde til elektrisk energi kalder elementet elektriske kredsløb, som omdanner ikke-elektrisk energi til elektrisk energi. For eksempel: galvaniske celler og batterier omdanner kemisk energi, termoelementer - termiske, elektromekaniske generatorer - mekaniske.
Forbruger af elektrisk energi kaldes et element i et elektrisk kredsløb, der omdanner elektrisk energi til ikke-elektrisk energi. For eksempel: glødelamper - i lys og varme, varmeapparater- til termisk, elektrisk motor - til mekanisk.
Elektrisk energiomformer kaldet en enhed, der ændrer størrelsen og formen af elektrisk energi. For eksempel: transformere, invertere konverterer jævnstrøm til vekselstrøm, ensrettere - AC til konstant, enheder til frekvenskonvertering.
For at udføre beregningen skal hver elektrisk enhed være repræsenteret tilsvarende kredsløb. Det tilsvarende kredsløb af et elektrisk kredsløb består af et sæt idealiserede elementer, der vises enkelte ejendomme fysisk eksisterende enheder. Således en idealiseret modstand (modstand R) tager højde for omdannelsen af elektromagnetisk energi til varme, mekanisk arbejde eller dens stråling. Idealiseret kondensator (kapacitans MED) og induktor (induktans L) er kendetegnet ved evnen til at akkumulere energi fra henholdsvis elektriske og magnetiske felter.
Kilder, forbrugere og tilslutningsledninger danner et elektrisk kredsløb, i hver sektion, hvoraf en elektrisk spænding og lækage elektrisk strøm. Generelt kan disse spændinger og strømme være konstante og variable i tid og afhænger af kredsløbselementernes egenskaber. Dette afsnit vil overveje jævnstrøm og spændinger.
Reelle elektriske kredsløb studeres ved hjælp af modeller, der er afbildet vha symboler i formen elektriske diagrammer.
Spænding U på et element i et elektrisk kredsløb er angivet i diagrammet (fig. 1.1) med tegnene "+" og "–", som kun giver mening, når de betragtes sammen, fordi "+"-tegnet angiver et punkt med relativt højere potentiale.
. (1.1)
Måleenhed U– volt (B).
Nuværende I i et elektrisk kredsløb element er angivet med en pil i diagrammet (fig. 1.2) og angiver retningen af den bestilte bevægelse af positiv elektriske ladninger, hvis det aktuelle I er udtrykt som et positivt tal.
Måleenhed jeg– ampere(EN)
Forholdet mellem strøm og spænding over et kredsløbselement kaldes strøm-spændingskarakteristik (volt-ampere karakteristik) element, som normalt er repræsenteret grafisk. I fig. 1.3 viser strøm-spændingskarakteristika for forbrugere forskellige typer. Lige-line strøm-spændingskarakteristika (1) og (3) svarer til lineære elementer, og krumlinjede strøm-spændingskarakteristika (2) svarer til ikke-lineære elementer.
I denne vejledning studerer vi kun lineære kredsløb, for hvilke relationen const = k eller dens afvigelse fra en konstant værdi er lille. I dette tilfælde, når strøm-spændingskarakteristikken er afbildet af en linje tæt på en ret linje, anses det for, at forbrugeren adlyder Ohms lov hvorefter spænding og strøm er proportionale med hinanden. Denne proportionalitetsfaktor k ringede elektrisk modstand element R, som måles i Omaha(Ohm).
Som forbruger i elektrisk kredsløbsteori DC fungerer som en modstand karakteriseret ved modstand ( R), for hvilken Ohms lov er gyldig:
eller , . (1.3)
Betegnelsen af en modstand på elektriske kredsløb er vist i fig. 1.4.
Modstandens gensidige kaldes ledningsevne, som måles i Siemens(Cm).
Ohms lov kan repræsenteres med hensyn til ledningsevne:
. (1.4)
I passive elementer løber strømmen fra punkter med relativt højt potentiale til punkter med relativt lavere potentiale. Derfor er der i fig. 1.5 er den aktuelle pil rettet fra "+" til "–", hvilket svarer til Ohms lov i formen
. (1.5)
For betegnelserne i fig. 1.6, Ohms lov skal skrives i følgende form: .
I TOE modelleres forbrugeren således som en ideel forbruger, hvis egenskaber bestemmes af værdien af en enkelt parameter ( R eller G).
Energikilder modelleres vha EMF kilde (E), eller spændingskilde og strømkilde ( J). Strøm-spændingskarakteristika for energikilder er ydre karakteristika, normalt af faldende karakter, fordi I de fleste tilfælde, når strømmen stiger, falder kildespændingen.
Idealiseret spændingskilde- dette er et kredsløbselement, hvis spænding ikke afhænger af strømmen og er en given konstant værdi, den svarer til den i fig. 1,7 kontinuerlig strøm-spænding karakteristik.
I virkeligheden har vi at gøre med rigtige spændingskilder, der er forskellige fra ideelle kilder det faktum, at deres spænding falder med stigende strømforbrug. Strømspændingskarakteristikken for en reel spændingskilde er vist i fig. 1.7 med en stiplet linje, hvis tangens til hældningsvinklen er lig med spændingskildens indre modstand R 0 . Enhver reel kilde med belastningsmodstand R >> R 0 kan idealiseres som følger (fig. 1.8):
U 12(rigtig) = IR-E,
Eægte = E-IR (1.6)
Egenskaberne for en EMF-kilde eller en reel spændingskilde bestemmes således af to parametre - den genererede EMF E og indre modstand R 0 .
Idealiseret strømkilde- dette er et kredsløbselement, hvis strøm ikke afhænger af spænding og er en given konstant værdi, det svarer til den kontinuerlige strøm-spændingskarakteristik i fig. 1.9.
I en reel strømkilde, når spændingen stiger, falder den genererede strøm. Strømspændingskarakteristikken for en reel strømkilde er vist i fig. 1.9 med en stiplet linje, hvis tangens til hældningsvinklen er lig med strømkildens indre ledningsevne G 0 . Enhver reel strømkilde kan reduceres til en idealiseret som følger (fig. 1.10):
, (1.7)
Hvor J, G 0 – konstante parametre.
Egenskaberne for drivstrømkilden bestemmes således af to parametre: drivstrøm J og intern ledningsevne G 0 . Jo mindre G 0, jo tættere er egenskaberne for den reelle strømkilde på den idealiserede.
Fordi indre modstande rigtige kilder kan altid tilskrives forbrugerne af kredsløbet yderligere, kun idealiserede kilder til spænding og strøm tages i betragtning.
Ledninger, der forbinder forbrugere og kilder, er også i sagens natur energiforbrugere. Imidlertid antages det ofte, at ledninger kun udfører forbindelsesfunktioner og tjener kun til at vise, hvordan de enkelte elementer i kredsløbet er indbyrdes forbundet. Modstanden af ledningerne, hvis de ikke kan forsømmes, tages i betragtning ved at forbinde yderligere forbrugere på de passende steder i kredsløbet.
I teorien om lineære elektriske kredsløb er genstanden for undersøgelsen således beregningsmodel, bestående af forbrugere og idealiserede kilder, hvis konfiguration og egenskaber af elementerne bestemmes af problemets betingelser.
Når man løser problemer stor værdi givet elektrisk kredsløbsstruktur (topologi), bestemt af arten af forbindelserne mellem elementer.
Enhver person, medmindre han selvfølgelig har givet afkald på civilisationens fordele, er omgivet af mange elektriske enheder. Du behøver ikke lede langt efter eksempler: TV, telefon, det mest almindelige osv. Grundlaget for alle lignende enheder er et elektrisk kredsløb. Mange litterære kilder giver tilsvarende definitioner, dog ift den enkleste variant. Hvorfor er det sådan, fordi moderne elektroniske enheder er så komplekse, at deres vedligeholdelse er betroet til computeriserede systemer? Faktisk mærkeligt, især hvis du husker det centrale behandlingsenheder personlige computere med deres millioner af transistorer - de indeholder også et elektrisk kredsløb. Årsagen til ovenstående forenkling af definitionen er, at enhver, selv den mest komplekse, elektrisk diagram kan repræsenteres i formen stor mængde enkleste komponenter. Det er i øvrigt derfor, det bliver muligt at optræde nødvendige beregninger ved hjælp af kendte formler.
Så vi har besluttet os for det enkle og det komplekse. Lad os nu forklare, hvad et elektrisk kredsløb er. For at gøre det mere klart, lad os overveje enkleste eksempel- elektrisk lommelygte. Og ikke den, der bruger en kontrolchip (skifter tilstande, blinker osv.), men den mest almindelige - med et batteri, en pære og en strømafbryder. Den består af et hus, der rummer selve kilden, et batterirum med to kontakter. Ved at indsætte batteriet i huset og trykke på kontakten kan du opnå et klart, retningsbestemt lys af lampen. Efter at have gennemført disse handlinger har vi dannet det, der kaldes et elektrisk kredsløb (i professionel slang har vi samlet et kredsløb). elektricitet (batterier) susede langs stien: positiv polkontakt - leder, vippekontakt - lampe - negativ pol. Dette kaldes det "simpelste elektriske kredsløb". I eksemplet med en lommelygte er der tre elementer: en EMF-kilde, en vippekontakt og en lampe. Det er værd at bemærke, at bevægelse af elektroner (strøm) kun er mulig langs lukket sløjfe, så hvis vippekontakten er slukket, og kredsløbet er brudt, forsvinder det, selvom kildespændingen forbliver. Forresten kan alle processer beskrives og beregnes ikke kun gennem strøm, men også gennem spænding, effekt og EMF.
Et universelt beregningsværktøj er Ohms lov. I dette tilfælde ser det sådan ud:
hvor jeg er aktuel, Ampere; E - EMF, volt; R - lyspære modstand, Ohm; r er modstanden af EMF-kilden, Ohm. I det anvendte eksempel er påvirkningen af vippekontakten ikke taget i betragtning, da den er ubetydelig.
Så et elektrisk kredsløb og dets elementer kan omfatte en strømkilde, modstande, kondensatorer, halvlederkomponenter osv. Desuden skal alt dette være forbundet med ledere, der danner en kontinuerlig bane til passage af strøm.
Simple kæder er opdelt i uforgrenede og forgrenede. I det første tilfælde passerer den samme strøm gennem alle bestanddele (regel for forbrugere). I det andet tilfælde tilføjes en eller flere grene yderligere, forbundet til det simpleste kredsløb, der overvejes, gennem knudepunkter. I dette tilfælde dannes en blandet forbindelse af kredsløbselementer, så værdien af strømmen, der flyder i hver gren, er forskellig. Her er en gren en sektion af et elektrisk kredsløb, hvor den samme strøm løber gennem alle dens elementer, og hvis modsatte ender er forbundet med to knudepunkter. Følgelig er en node et punkt i et elektrisk kredsløb, hvor tre eller flere grene konvergerer. På kredsløbsdiagrammer noder er ofte angivet med prikker, hvilket forenkler perception (læsning).
Et elektrisk kredsløb er en samling af kilder og modtagere af elektrisk energi forbundet med hinanden, gennem hvilke elektrisk strøm kan flyde.
Det enkleste elektriske kredsløb består af en kilde, en eller flere serieforbundne modtagere af elektrisk energi (belastninger, forbrugere) og forbindelsesledninger (fig. 1.2). Ris. 1.2
Strømkilden dannes indre del kredsløb og forbrugeren - sammen med forbindelsesledninger, måleinstrumenter og koblingsenheder - den eksterne del af kredsløbet.
Når de ydre og indre dele af et kredsløb danner et lukket kredsløb, opstår der en elektrisk strøm i kredsløbet.
Strømmens størrelse eller styrke bestemmes af mængden af elektricitet (ladning), der passerer gennem lederens tværsnit pr. tidsenhed:
jeg=,EN- til jævnstrøm; ί
=
,EN- til vekselstrøm.
Passagen af elektrisk strøm i et kredsløb er forbundet med processerne med kontinuerlig energiomdannelse i hvert af dets elementer.
I processen med at omdanne andre typer energi til elektrisk energi, exciteres en emk i strømkilden E,I.
Det eksterne kredsløb og selve energikilden har modstand mod passage af elektrisk strøm.
Fysisk karakter af ohmsk modstand R– termisk bevægelse af kroppens atomer og molekyler (superledning). Mængden af modstand afhænger af lederens materiale, form og størrelse:
R
=
,
Ohm.
(1.8)
Den gensidige modstand kaldes konduktivitet:
=,
Cm.
(1.9)
EMF E spænding U, nuværende jeg, modstand R i den enkleste kæde er de forbundet med Ohms lov:
jeg=
. (1.10)
For kredsløbet i fig. 1.2:
jeg=
. (1.11)
Fra (1.11) følger ligningen for kredsløbets elektriske tilstand (fig. 1.2):
E=I R 0 +I R= I R 0 +U; (1.12)
E=U+I·R 0. (1.13)
Af (1.13) følger det E>U ved mængden af spændingsfald over den indre modstand: jeg R 0. (1.14)
Baseret på definitionen af spænding, hvordan arbejde for at flytte ladning +1 kan skrives:
A=Uq= UIT; (1.15)
P=
=Ujeg, (1.16)
Hvor EN– nuværende arbejde, J;R– nuværende effekt, W.
Hvis elektrisk energi i en del af kredsløbet kun omdannes til varme, kan formlerne (1.15) og (1.16) skrives forskelligt (ved at erstatte U=jeg R):
A=jeg 2 Rt Og P= jeg 2 R.
Dette er Joule-Lenz-loven (en koefficient på 0,24 accepteres for konvertering EN fra J V afføring).
For at beregne kredsløbene vælges en betinget positiv retning E,U, jeg og det er angivet med en pil (fig. 1.3).
Strømmen i det enkleste kredsløb falder i retning med EMF. I et komplekst kredsløb er retningen af strømmen i enhver gren altid ikke indlysende før beregning, så den er valgt vilkårligt. Spændingspil U er rettet fra punkter med højere potentiale til punkter med lavere potentiale.
1.3. Driftstilstande for et DC elektrisk kredsløb
De mest karakteristiske er 4 tilstande: nominel, tomgangshastighed, kortslutning og matchet.
Den nominelle tilstand af kilder og modtagere i et elektrisk kredsløb er kendetegnet ved, at deres spændinger, strømme og kræfter svarer til de værdier, som de er designet til af fabrikanterne.
Inaktiv tilstand. Strømmen af kilder og modtagere er nul ( jeg=0).
Kortslutningstilstand. Spændingen i området er nul ( U kortslutning=0), shuntes modtageren med meget lav modstand R→0.
Koordineret tilstand - når det passive element i det eksterne kredsløb arbejder med maksimal effekt med denne kilde.
Det er nemt at opnå betingelserne for det forhandlede regime. Lad os skrive ligningen for den elektriske tilstand af det enkleste kredsløb (fig. 1.1):
E=U+R 0 jeg, Hvor U=I·R. (1.17)
R- modstand af det eksterne kredsløb,
R 0 – kildemodstand.
Lad os gange (1,17) med jeg:
EI = UI + R 0 jeg 2 ,
P 1 = P 2 + P 0 ,
R 1 – strømkilde,
R 2 – strøm overført til det eksterne kredsløb,
R 0 – strømtab af den interne kilde.
R 2
=
Ujeg=
R.I. 2
=
R
- har et maksimum
når værdi: 
– maksimum dvs.:
(R 0 +R) 2 –2R(R 0 +R)= 0, R 0 +R-2R= 0R=R 0 .
Følgelig fungerer det eksterne kredsløb og kilden i en koordineret tilstand, når R= R 0 .
Effektiviteten i matchet tilstand er:
η
=
=
=
=0,5.
Matched mode kredsløb skal behandles, når lav effektivitet ikke er af afgørende betydning på grund af kredsløbets lave effekt, og når spørgsmålet om maksimal effekt i belastningen går forud for økonomiske overvejelser.