Вопрос №4: Источники электрической энергии.

Одной из основных характеристик источников электрической энергии является Э.Д.С. Количественно Э.Д.С. характеризуется работой А, которая совершается сторонними силами при перемещении заряда в один Кулон в пределах источника: Е = А/Q, [B].

Г рафически Э.Д.С. изображают стрелкой в кружке. Направление стрелки совпадает с направлением сторонних сил. Перемещение заряда определяет ток источника. Количественно потери удобно определять внутренним сопротивлением R_BH. Поэтому условное графическое обозначение источника Э.Д.С. представляет последовательное включение Э.Д.С. Е и внутреннего сопротивления R_BH (рис. 1.4). На рисунке символами 1 – 1′ обозначены зажимы источника. Разность потенциалов на зажимах источника называется напряжением U[B]. Стрелками показаны положительные направления тока и напряжения. Когда ключ К разомкнут, ток в цепи равен нулю и напряжение на зажимах источника равно Э.Д.С. Замкнем ключ К. В цепи возникнет ток: I = E/(R_H + R_BH). Тогда

I*R_H + I*R_BH = E, а U = I* R_H, отсюда U = E – I* R_BH. Зависимость напряжения U на зажимах источника от тока I изображена на рис. 1.5, а. С увеличением тока напряжение на зажимах источника уменьшается. ВАХ источника Э.Д.С. представляет прямую линию, наклоненную к оси токов под углом α, причем: α = arctg R_BH.

Е сли у источника Э.Д.С. R_BH = 0, то его ВАХ имеет вид прямой, параллельной оси токов (рис. 1.5, б). Такой источник называют идеальным. Напряжение на зажимах такого источника не зависит от тока.

Е сли у некоторого источника увеличивать Е и R_BH. до бесконечности, то его ВАХ примет вид рис. 1.5, в. Такой источник питания называют источником тока. Ток такого источника I_T определяется отношением: I_T = E/R_BH. и не зависит от сопротивления нагрузки, так как R_BH. >> Rн. Реальный источник тока имеет конечные значения Е и R_BH, а его условное графическое обозначение приведено на рис. 1.5, г. При расчете электрических цепей реальный источник электрической энергии с конечными значениями Е и R_BH заменяют источником Э.Д.С. или источником тока (рис. 1.6 а, б). Ток в нагрузке R_H. одинаков и равен: I = E/(R_BH + R_H).

Для схемы рис. 1.6, а это очевидно и следует из того, что R_BH и R_H включены последовательно. Для схемы цепи (по рис. 1.6, б) известно, что ток I_T = Е/R_BH распределяется обратно пропорционально параллельно включенным R_BH и R_H, т.е.:

= .

Пример: В схеме рис.1.6, а источник Э.Д.С. имеет параметры Е = 100В, R_BH = 2 Ом. Определить параметры эквивалентного источника тока в схеме рис. 1.6, б.

Решение: Следовательно, параметры эквивалентной схемы рис. 1.6, б имеют значение: I_T = 50А; R_BH = 2 Ом.

Источники питания могут иметь постоянную Э.Д.С. - Е или переменную е(t), изменяющуюся во времени по заданному закону. В первом случае в цепи протекает постоянный ток, и она называется цепью постоянного тока. Во втором случае ток i(t) и напряжение u(t) переменные, поэтому цепь называется цепью переменного тока. В электротехнике чаще других применяются синусоидальные ток и напряжение.