Ηλεκτρικό κύκλωμα και τα στοιχεία του

Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, πρέπει να υπάρχει μια πηγή κίνησης ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων, η οποία ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα. Με άλλα λόγια, το ηλεκτρικό ρεύμα πρέπει να έχει το δικό του παθογόνο. Ένας τέτοιος διεγέρτης ρεύματος, που ονομάζεται πηγή (γεννήτρια), είναι αναπόσπαστο μέρος ενός ηλεκτρικού κυκλώματος.

Το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να προκαλέσει ποικίλα αποτελέσματα στη φύση - για παράδειγμα, προκαλεί λαμπτήρες πυρακτώσεως να ανάβουν, κινεί συσκευές θέρμανσης και ηλεκτρικούς κινητήρες. Όλες αυτές οι συσκευές και συσκευές ονομάζονται δέκτες ηλεκτρικού ρεύματος. Δεδομένου ότι το ρεύμα ρέει μέσα από αυτά, δηλαδή περιλαμβάνονται σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, οι δέκτες είναι επίσης στοιχεία του κυκλώματος.

Η ροή του ρεύματος απαιτεί να υπάρχει μια σύνδεση μεταξύ της πηγής και του νεροχύτη, η οποία επιτυγχάνεται μέσω ηλεκτρικών καλωδίων, τα οποία είναι το τρίτο σημαντικό στοιχείο ενός ηλεκτρικού κυκλώματος.

Ηλεκτρικό κύκλωμα — ένα σύνολο συσκευών σχεδιασμένων για τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος. Το κύκλωμα σχηματίζεται από πηγές ενέργειας (γεννήτριες), καταναλωτές ενέργειας (φορτία), συστήματα μεταφοράς ενέργειας (σύρματα).

Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα είναι ένα σύνολο συσκευών και αντικειμένων που σχηματίζουν μια διαδρομή για ηλεκτρική ενέργεια, ηλεκτρομαγνητικές διεργασίες που μπορούν να περιγραφούν χρησιμοποιώντας την έννοια της ηλεκτροκινητικής δύναμης, ρεύματος και τάσης.

Η απλούστερη ηλεκτρική εγκατάσταση αποτελείται από μια πηγή (γαλβανική κυψέλη, μπαταρία, γεννήτρια κ.λπ.), καταναλωτές ή δέκτες ηλεκτρικής ενέργειας (λαμπτήρες πυρακτώσεως, ηλεκτρικές θερμάστρες, ηλεκτροκινητήρες κ.λπ.) και καλώδια σύνδεσης που συνδέουν τους ακροδέκτες της πηγής τάσης με τους ακροδέκτες του καταναλωτή. Αυτά τα. ηλεκτρικό κύκλωμα — ένα σύνολο διασυνδεδεμένων πηγών ηλεκτρικής ενέργειας, δεκτών και καλωδίων που τις συνδέουν (γραμμή μεταφοράς).

Σύκο. 1. Ηλεκτρικό διάγραμμα

Το ηλεκτρικό κύκλωμα χωρίζεται σε εσωτερικά και εξωτερικά μέρη. Η ίδια η πηγή ηλεκτρικής ενέργειας ανήκει στο εσωτερικό τμήμα του ηλεκτρικού κυκλώματος. Το εξωτερικό μέρος του κυκλώματος περιλαμβάνει καλώδια σύνδεσης, καταναλωτές, διακόπτες μαχαιριού, διακόπτες, ηλεκτρικούς μετρητές, δηλαδή ό,τι είναι συνδεδεμένο με τους ακροδέκτες της πηγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να ρέει μόνο σε ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα. Η διακοπή του κυκλώματος σε οποιοδήποτε σημείο προκαλεί τη διακοπή του ηλεκτρικού ρεύματος.

Κάτω από Ηλεκτρικά κυκλώματα με συνεχές ρεύμα στην ηλεκτρική μηχανική εννοούν τα κυκλώματα στα οποία το ρεύμα δεν αλλάζει την κατεύθυνσή του, δηλαδή την πολικότητα των πηγών EMF, στα οποία είναι σταθερό.

Στην ενότητα Ηλεκτρικά κυκλώματα για εναλλασσόμενο ρεύμα σημαίνει κυκλώματα στα οποία ρέει ρεύμα που μεταβάλλεται με το χρόνο (βλ. εναλλασσόμενο ρεύμα). 

Οι πηγές ενέργειας για το κύκλωμα είναι γαλβανικές κυψέλες, ηλεκτρικοί συσσωρευτές, ηλεκτρομηχανικές γεννήτριες, θερμοηλεκτρικές γεννήτριες, φωτοκύτταρα κ.λπ. Στη σύγχρονη τεχνολογία, οι ηλεκτρικές γεννήτριες χρησιμοποιούνται κυρίως ως πηγές ενέργειας. Όλα τα τροφοδοτικά έχουν εσωτερική αντίσταση η τιμή του οποίου είναι μικρή σε σύγκριση με την αντίσταση άλλων στοιχείων του ηλεκτρικού κυκλώματος.

Οι δέκτες DC είναι ηλεκτροκινητήρες που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια, συσκευές θέρμανσης και φωτισμού, εγκαταστάσεις ηλεκτρόλυσης κ.λπ.

Ως βοηθητικός εξοπλισμός, το ηλεκτρικό κύκλωμα περιλαμβάνει συσκευές για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση (για παράδειγμα, διακόπτες), όργανα για τη μέτρηση ηλεκτρικών μεγεθών (για παράδειγμα, αμπερόμετρα και βολτόμετρα), προστατευτικές συσκευές (για παράδειγμα, ασφάλειες).

Όλοι οι ηλεκτρικοί δέκτες χαρακτηρίζονται από ηλεκτρικές παραμέτρους, οι κυριότερες από αυτές είναι η τάση και η ισχύς. Για την κανονική λειτουργία του ηλεκτρικού δέκτη είναι απαραίτητο να διατηρηθεί Μετρημένη ηλεκτρική τάση. 

Τα στοιχεία του ηλεκτρικού κυκλώματος χωρίζονται σε ενεργητικά και παθητικά. ΝΑΙ ενεργά στοιχεία του ηλεκτρικού κυκλώματος περιλαμβάνουν αυτά στα οποία προκαλείται EMF (πηγές EMF, ηλεκτρικοί κινητήρες, μπαταρίες κατά τη φόρτιση κ.λπ.). ΝΑΙ Τα παθητικά στοιχεία περιλαμβάνουν ηλεκτρικούς δέκτες και καλώδια σύνδεσης.

Τα κυκλώματα χρησιμοποιούνται για την συμβατική αναπαράσταση ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Σε αυτά τα διαγράμματα, οι πηγές, οι δέκτες, τα καλώδια και όλες οι άλλες συσκευές και στοιχεία του ηλεκτρικού κυκλώματος υποδεικνύονται χρησιμοποιώντας συμβατικά σύμβολα (γραφικές ονομασίες) κατασκευασμένα με συγκεκριμένο τρόπο.

Σύμφωνα με το GOST 18311-80:

Κύκλωμα τροφοδοσίας - ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που περιέχει στοιχεία των οποίων ο λειτουργικός σκοπός είναι η παραγωγή ή η μετάδοση του κύριου μέρους της ηλεκτρικής ενέργειας, η διανομή της, η μετατροπή της σε άλλο τύπο ενέργειας ή σε ηλεκτρική ενέργεια με άλλες τιμές παραμέτρων.

Βοηθητικό κύκλωμα ηλεκτρικού προϊόντος (συσκευής) — ηλεκτρικό κύκλωμα για διάφορους λειτουργικούς σκοπούς, το οποίο δεν είναι ηλεκτρικό κύκλωμα ισχύος ηλεκτρικού προϊόντος (συσκευής).

Ηλεκτρικό κύκλωμα ελέγχου — ένα βοηθητικό κύκλωμα ενός ηλεκτρικού προϊόντος (συσκευής), ο λειτουργικός σκοπός του οποίου είναι η ενεργοποίηση ηλεκτρικού εξοπλισμού και (ή) μεμονωμένων ηλεκτρικών προϊόντων ή συσκευών ή η αλλαγή των τιμών των παραμέτρων τους.

Κύκλωμα ηλεκτρικού σήματος — ένα βοηθητικό κύκλωμα ενός ηλεκτρικού προϊόντος (συσκευής), ο λειτουργικός σκοπός του οποίου είναι η ενεργοποίηση συσκευών σηματοδότησης.

Ηλεκτρικό κύκλωμα μέτρησης — ένα βοηθητικό κύκλωμα ενός ηλεκτρικού προϊόντος (συσκευής), ο λειτουργικός σκοπός του οποίου είναι η μέτρηση και (ή) καταγραφή τιμών παραμέτρων και (ή) λήψη πληροφοριών σχετικά με τις μετρήσεις ενός ηλεκτρικού προϊόντος (συσκευής) ή ηλεκτρικού εξοπλισμός.

Σύμφωνα με τα τοπολογικά χαρακτηριστικά, τα ηλεκτρικά κυκλώματα χωρίζονται σε:

• για απλό (μονό κύκλωμα), δύο κόμβων και σύνθετα (πολλαυσίδα, πολλαπλών κόμβων, επίπεδο (επίπεδο) και ογκομετρικό).

• διπολική, με δύο εξωτερικές εξόδους (διπολική και πολυπολική, που περιέχει περισσότερες από δύο εξωτερικές εξόδους (τετραπολική, πολυπολική).

Οι πηγές και οι δέκτες (καταναλωτές) ενέργειας από την άποψη της θεωρίας κυκλωμάτων είναι διπολικοί, αφού δύο πόλοι μέσω των οποίων μεταδίδουν ή λαμβάνουν ενέργεια είναι απαραίτητοι και επαρκείς για τη λειτουργία τους. Ένα ή άλλο δίκτυο δύο τερματικών ονομάζεται ενεργό εάν περιέχει πηγή ή παθητικό — εάν δεν περιέχει πηγή (αριστερό και δεξιό τμήμα του κυκλώματος, αντίστοιχα).

Οι συσκευές που μεταδίδουν ισχύ από πηγές στους δέκτες είναι τετραπολικές γιατί πρέπει να διαθέτουν τουλάχιστον τέσσερις σφιγκτήρες για τη μεταφορά ισχύος από τη γεννήτρια στο φορτίο. Η απλούστερη συσκευή για τη μετάδοση ενέργειας είναι τα καλώδια.

Ενεργά και παθητικά δίκτυα δύο τερματικών στο ηλεκτρικό κύκλωμα

Γενικευμένο ισοδύναμο διάγραμμα κυκλώματος

Τα στοιχεία ενός ηλεκτρικού κυκλώματος που έχουν ηλεκτρική αντίσταση και ονομάζονται αντιστάσεις χαρακτηρίζονται από το λεγόμενο χαρακτηριστικό ρεύμα-τάσης — την εξάρτηση της τάσης στους ακροδέκτες του στοιχείου από το ρεύμα σε αυτό ή την εξάρτηση του ρεύματος στο στοιχείο στην τάση στους ακροδέκτες του.

Εάν η αντίσταση ενός στοιχείου είναι σταθερή σε οποιαδήποτε τιμή του ρεύματος σε αυτό και σε οποιαδήποτε τιμή της τάσης που εφαρμόζεται σε αυτό, τότε το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης είναι μια ευθεία γραμμή και ένα τέτοιο στοιχείο ονομάζεται γραμμικό στοιχείο.

Γενικά, η αντίσταση εξαρτάται τόσο από το ρεύμα όσο και από την τάση… Ένας λόγος για αυτό είναι η αλλαγή στην αντίσταση ενός σύρματος όταν το ρεύμα διέρχεται από αυτό λόγω της θέρμανσης του. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η αντίσταση του αγωγού αυξάνεται. Επειδή όμως σε πολλές περιπτώσεις αυτή η εξάρτηση είναι ασήμαντη, το στοιχείο θεωρείται γραμμικό.

Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα του οποίου η ηλεκτρική αντίσταση των τμημάτων δεν εξαρτάται από τις τιμές και τρέχουσες κατευθύνσεις και οι τάσεις στο κύκλωμα λέγονται γραμμικό ηλεκτρικό κύκλωμα... Ένα τέτοιο κύκλωμα αποτελείται μόνο από γραμμικά στοιχεία και η κατάστασή του περιγράφεται με γραμμικές αλγεβρικές εξισώσεις.

Εάν η αντίσταση ενός στοιχείου κυκλώματος εξαρτάται σημαντικά από το ρεύμα ή την τάση, τότε το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης είναι μη γραμμικό και ένα τέτοιο στοιχείο ονομάζεται μη γραμμικό στοιχείο.

Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα του οποίου η ηλεκτρική αντίσταση τουλάχιστον ενός από τα τμήματα εξαρτάται από τις τιμές ή τις κατευθύνσεις των ρευμάτων και των τάσεων σε αυτό το τμήμα του κυκλώματος ονομάζεται μη γραμμικό ηλεκτρικό κύκλωμα… Ένα τέτοιο κύκλωμα περιέχει τουλάχιστον ένα μη γραμμικό στοιχείο.

Κατά την περιγραφή των ιδιοτήτων των ηλεκτρικών κυκλωμάτων, δημιουργείται μια σχέση μεταξύ των τιμών της ηλεκτροκινητικής δύναμης (EMF), των τάσεων και των ρευμάτων στο κύκλωμα με τις τιμές των αντιστάσεων, των επαγωγών, των χωρητικοτήτων και της μεθόδου κατασκευής του κυκλώματος.

Κατά την ανάλυση ηλεκτρικών κυκλωμάτων, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες τοπολογικές παράμετροι των κυκλωμάτων:

• κλάδος - ένα τμήμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος μέσω του οποίου ρέει το ίδιο ηλεκτρικό ρεύμα.
• κόμβος - η διασταύρωση των κλάδων του ηλεκτρικού κυκλώματος. Συνήθως, το μέρος όπου συνδέονται δύο κλάδοι δεν ονομάζεται κόμβος, αλλά σύνδεσμος (ή κόμβος με δυνατότητα μεταγωγής) και ένας κόμβος συνδέει τουλάχιστον τρεις κλάδους.
• κύκλωμα — μια σειρά από κλάδους ενός ηλεκτρικού κυκλώματος που σχηματίζει μια κλειστή διαδρομή, στην οποία ένας από τους κόμβους είναι η αρχή και το τέλος της διαδρομής και οι άλλοι συναντώνται μόνο μία φορά.

Παλιά εκπαιδευτική ταινία. Ένα από τα 7 μέρη της παλιάς εκπαιδευτικής ταινίας «Ηλεκτρολόγων Μηχανικών με τα Βασικά της Ηλεκτρονικής», που κυκλοφόρησε το 1973.από το εργοστάσιο σχολικών ειδών:

Ηλεκτρικά και μαγνητικά κυκλώματα με συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα