Электрические цепи для чайников: определения, элементы, обозначения
Эта статья для тех, кто только начинает изучать теорию электрических цепей. Как всегда не будем лезть в дебри формул, но попытаемся объяснить основные понятия и суть вещей, важные для понимания. Итак, добро пожаловать в мир электрических цепей!
Хотите больше полезной информации и свежих новостей каждый день? Присоединяйтесь к нам в телеграм.
Электрические цепи
Электрическая цепь – это совокупность устройств, по которым течет электрический ток.
Рассмотрим самую простую электрическую цепь. Из чего она состоит? В ней есть генератор – источник тока, приемник (например, лампочка или электродвигатель), а также система передачи (провода). Чтобы цепь стала именно цепью, а не набором проводов и батареек, ее элементы должны быть соединены между собой проводниками. Ток может течь только по замкнутой цепи. Дадим еще одно определение:
Электрическая цепь – это соединенные между собой источник тока, линии передачи и приемник.
Конечно, источник, приемник и провода – самый простой вариант для элементарной электрической цепи. В реальности в разные цепи входит еще множество элементов и вспомогательного оборудования: резисторы, конденсаторы, рубильники, амперметры, вольтметры, выключатели, контактные соединения, трансформаторы и прочее.
Кстати, о том, что такое трансформатор, читайте в отдельном материале нашего блога.
По какому фундаментальному признаку можно разделить все цепи электрического тока? По тому же, что и ток! Есть цепи постоянного тока, а есть – переменного. В цепи постоянного тока он не меняет своего направления, полярность источника постоянна. Переменный же ток периодически изменяется во времени как по направлению, так и по величине.
Сейчас переменный ток используется повсеместно. О том, что для этого сделал Никола Тесла, читайте в нашей статье.
Элементы электрических цепей
Все элементы электрических цепей можно разделить на активные и пассивные. Активные элементы цепи – это те элементы, которые индуцируют ЭДС. К ним относятся источники тока, аккумуляторы, электродвигатели. Пассивные элементы – соединительные провода и электроприемники.
Приемники и источники тока, с точки зрения топологии цепей, являются двухполюсными элементами (двухполюсниками). Для их работы необходимо два полюса, через которые они передают или принимают электрическую энергию. Устройства, по которым ток идет от источника к приемнику, являются четырехполюсниками. Чтобы передать энергию от одного двухполюсника к другому им необходимо минимум 4 контакта, соответственно для приема и передачи.
Резисторы – элементы электрической цепи, которые обладают сопротивлением. Вообще, все элементы реальных цепей, вплоть до самого маленького соединительного провода, имеют сопротивление. Однако в большинстве случаев этим можно пренебречь и при расчете считать элементы электрической цепи идеальными.
Существуют условные обозначения для изображения элементов цепи на схемах.
Кстати, подробнее про силу тока, напряжение, сопротивление и закон Ома для элементов электрической цепи читайте в отдельной статье.
Вольт-амперная характеристика – фундаментальная характеристика элементов цепи. Это зависимость напряжения на зажимах элемента от тока, который проходит через него. Если вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию, то говорят, что элемент линейный. Цепь, состоящая из линейных элементов – линейная электрическая цепь. Нелинейная электрическая цепь – такая цепь, сопротивление участков которой зависит от значений и направления токов.
Какие есть способы соединения элементов электрической цепи? Какой бы сложной ни была схема, элементы в ней соединены либо последовательно, либо параллельно.
При решении задач и анализе схем используют следующие понятия:
- Ветвь – такой участок цепи, вдоль которого течет один и тот же ток;
- Узел – соединение ветвей цепи;
- Контур – последовательность ветвей, которая образует замкнутый путь. При этом один из узлов является как началом, так и концом пути, а другие узлы встречаются в контуре только один раз.
Чтобы понять, что есть что, взглянем на рисунок:
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Классификация электрических цепей
По назначению электрические цепи бывают:
- Силовые электрические цепи;
- Электрические цепи управления;
- Электрические цепи измерения;
Силовые цепи предназначены для передачи и распределения электрической энергии. Именно силовые цепи ведут ток к потребителю.
Также цепи разделяют по силе тока в них. Например, если ток в цепи превышает 5 ампер, то цепь силовая. Когда вы щелкаете чайник, включенный в розетку, Вы замыкаете силовую электрическую цепь.
Электрические цепи управления не являются силовыми и предназначены для приведения в действие или изменения параметров работы электрических устройств и оборудования. Пример цепи управления – аппаратура контроля, управления и сигнализации.
Электрические цепи измерения предназначены для фиксации изменений параметров работы электрического оборудования.
Расчет электрических цепей
Рассчитать цепь – значит найти все токи в ней. Существуют разные методы расчета электрических цепей: законы Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие. Рассмотрим применение метода контурных токов на примере конкретной цепи.
Сначала выделим контуры и обозначим ток в них. Направление тока можно выбирать произвольно. В нашем случае – по часовой стрелке. Затем для каждого контура составим уравнения по 2 закону Кирхгофа. Уравнения составляются так: Ток контура умножается на сопротивление контура, к полученному выражению добавляются произведения тока других контуров и общих сопротивлений этих контуров. Для нашей схемы:
Полученная система решается с подставкой исходных данных задачи. Токи в ветвях исходной цепи находим как алгебраическую сумму контурных токов
Какую бы цепь Вам ни понадобилось рассчитать, наши специалисты всегда помогут справится с заданиями. Мы найдем все токи по правилу Кирхгофа и решим любой пример на переходные процессы в электрических цепях. Получайте удовольствие от учебы вместе с нами!
Как сделать практическую работу Собираем электрическую цепь в 1 классе?
Окружающий мир 1 класс 1. Практическая работа "Собираем электрическую цепь".
1) Соберите электрическую цепь из деталей электро конструктора. Используйте рисунок как образец.
2) Нарисуйте электрическую цепь, которую вы собрали.
3) Сообщите другим ребятам о результатах своей работы. Выслушайте и оцените их сообщения.
В этой практической работе следует собрать простую электрическую цепь, в которой будет иметься элемент питания — в виде двух пальчиковых батареек, ключ-выключатель, и лампочка, которая должна загореться, если цепь будет собрана правильно.
Если в конструкторе будет вместо лампочки использоваться планка со светодиодом, то подключать это панельку обязательно следует по обозначению, плюс батареи подключать к той части панельки с диодом, на которой показан плюс.
После сбора цепи ее следует показать учителю и только потом включать.
Если все в порядке, то светодиод загорится, когда будет включен выключатель.
Схема этой цепи будет нарисована так:
Ну, ничего себе, такие работы, да в первом классе!?
Правда, для начала, хотелось бы высказать создателям этой учебной программы: учить и в особенности детей надо правильным вещам, чтобы не переучивать потом!
Дело в том, что согласно электробезопасности и электротехники в этой схеме присутствуют ошибки и недочёты:
если на схеме изображена лампочка, то почему она обозначена как светодиод и имеет маркиновку "плюс";
если же это светодиод, то почему нет в схеме токоограничительного сопротивления;
фаза, а в данном случае "плюс" батареи, должна идти на выключатель, а не сразу на лампу ( выключателем мы размыкаем цепь, к примеру, чтобы заменить перегоревшую лампочку ).
Но, если отвечать именно на такое задание, то
1) схема, собранная из конструктора будет выглядеть вот так:
2) сама электрическая цепь будет иметь вид:
3) от ребят можно будет услышать примерно то же, что я высказал в начале своего ответа 😉
Урок физики. Как собирается электрическая цепь
Этот увлекательный опыт по физике, поможет тебе понять, как электричество из батарейки заставляет свет зажигаться. Электричество проходит по цепи к лампочке. Тебе нужно собрать свою электрическую цепь, чтобы увидеть, как это происходит. Ты можешь показать этот опыт на уроке физики в школе, и получить дополнительную отличную оценку. Чтобы собрать электрическую цепь, тебе потребуется: батарейка с держателем для батарейки – если у тебя нет держателя, ты можешь прикрепить провода изоляционной лентой. Три изолированных провода с оголенными концами. Маленький деревянный или пробковый брусок. Кнопки, металлическая скрепка для бумаги, лампочка от трехвольтного фонарика с патроном (можешь использовать зуммер или звонок)
Как мы будем собирать электрическую цепь?
- Обмотай оголенный конец провода вокруг кнопки. Накинь скрепку на кнопку и воткни кнопку в деревянный брусок.
- Накрути второй оголенный конец провода на вторую кнопку и воткни ее в деревяшку. Загни скрепку немного вверх и воткни вторую кнопку в деревянный блок под концом металлической скрепки. Твой выключатель собран. Он работает нажатием на конец скрепки вниз так, чтобы она касалась кнопки.
- Подсоедини положительный (+) контакт батарейки к проводу, присоединенному к кнопке твоего выключателя.
- Подсоедини отрицательный (-) контакт батарейки к новому проводу.
- Присоедини второй конец этого провода к одному из контактов патрона лампочки.
- К другому контакту патрона лампочки подсоедини провод, который соединен со скрепкой твоего выключателя.
- Теперь цепь готова к использованию. Нажми на скрепку вниз. Когда она дотронется до кнопки, электрическая цепь замкнется, и лампа включится.
Как работает электрическая цепь
Электричество – это поток электронов сквозь вещество. Не все вещества пропускают поток электронов. Такие вещества называются изоляторами. Металлы обычно являются хорошими проводниками электричества и используются для изготовлении проводов. Электрическая цепь – это путь, состоящий из проводников электричества. А ты знаешь, что самая маленькая в мире батарейка размером всего две целых девять десятых миллиметров в диаметре и тринадцать миллиметров в длину (размером примерно с кончик карандаша). С подзарядкой она может работать до десяти лет)
Как собирать электрическую цепь
В связи с обширным использованием электричества возникает необходимость более детального изучения электрического тока. Совокупность устройств, по которым течет электрический ток, называется электрической цепью. Цепи бывают простые (как при демонстрации) и сложные (электропроводка), но во всех можно выделить составные части.
Электрическая цепь– это совокупность соединенных между собой проводов (т.е. такие элементы, которые способны проводить электрический ток и обладают большим количеством свободных заряженных частиц):
1.Источника тока (батарейка, генератор, солнечные батареи, термоэлемент).https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQOM92A_wQE79Z6X_-eAXkE1_CNuV24wM4EvadA_dHcF_zROmdnjg
2.Потребителя электрического тока (лампа накаливания, фонарик, электродвигатели, электроприборы).
3.Замыкающего устройства (ключ, выключатель, тумблер, рубильник).
Вышла из строя швейная машина или любой электроприбор, необходима информация, из чего состоит электрическая цепь. Для этого придумали элементы цепи изображать графически с помощью условных обозначений. Чтобы не было путаницы, каждый элемент имеет свое обозначение.
Таким образом, схема электрической цепи– это чертеж, на котором изображают соединения всех элементов данной электрической цепи. Каждый элемент цепи на схеме обозначают определенным условным знаком. Обратите внимание, как выглядят графические обозначения элементов цепи, где изображены источники тока, потребители и соединительные провода, которые являются составными элементами простой электрической цепи.
Таблица графических обозначений элементов
Как видно из рисунка:
Гальванический элемент: длинной полоской обозначают положительный полюс источника, а короткой – отрицательный.
Ключ — элемент цепи для ее замыкания и размыкания.
Соединяющиеся провода. Место соединения проводов обозначается жирной точкой, которую еще зачастую именуют узлом.
Клеммы. К подобному элементу на схеме можно подключать какой-либо электроприбор.
Резистор. Этот элемент цепи имеет большое сопротивление.
Плавкий предохранитель. Прибор, который обеспечивает безопасность работы электрической цепи.
Рассмотрим простую электрическую цепь. Если соединить проводами источник тока – батарейку, электрическую лампочку и замыкающее устройство – ключ, то получится замкнутая цепь, состоящая из элементов.
Каждый раз, нажимая на ключ, замыкаем и размыкаем цепь, при этом лампочка начинает светиться и угасать. Как собрать такую цепь?
Собирать цепь удобно в следующей последовательности: сначала подключим лампочку к одному из полюсов источника тока (батарейки), затем второй вывод на лампочке подключаем к разомкнутому предварительно ключу (выключателю) и, чтобы замкнуть цепь, второй контакт ключа соединяем со свободным полюсом источника тока. Помним, что ток внутри проводника будет двигаться от плюса к минусу.
Теперь изобразим ее схему с учетом обозначений элементов. На схеме обозначены: лампа накаливания, замыкающее устройство, источник постоянного тока, соединительные провода.
Чтобы правильно распределить нагрузку на электрическую цепь, важно знать виды соединения элементов цепи:
Последовательное соединение– это соединение, при котором конец одного потребителя является началом следующего. Составим схему цепи с двумя лампочками и источником тока. Рис. А.
Параллельное соединение– это соединение, при котором начало всех потребителей имеет одну общую точку, а концы имеют другую общую точку. Составим схему цепи с двумя лампочками и источником тока. Рис. Б.
Таким образом, мы познакомились с понятием электрическая цепь. Выяснили, что каждому элементу цепи ставится графический элемент. Собрали простую цепь из трех элементов: источника тока, потребителя, замыкающего устройства.