Физические процессы в электрических цепях

По просьбе нашего читателя постараемся описанную тему от 01:43 | 24.01.2011 раскрыть ещё глубже, сегодня рассмотрим Физические процессы в электрических цепях. Не будем разливать воду, а преступим рассмотрению этого вопроса.

Основное положение

Электромагнитное поле является носителем энергии, оно сосредоточено как внутри, так и снаружи проводов. Поэтому для рассмотрения физических процессов в электрических цепях в полном объеме необходимо провести расчет и полное исследование электромагнитного поля на заданном участке цепи.

Для того чтобы провести данный анализ, используют дифференциальные понятия и параметры, которые характеризуют электромагнитное поле в изучаемой точке. Математическое описание электромагнитного поля на основании дифференциальных понятий – это сложная задача.

Как правило, любая электрическая цепь состоит из однородных отдельных участков. В таком случае существует возможность описать процессы на отдельных участках цепи при помощи интегральных понятий с точностью инженерных расчетов:

Электродвижущая сила источника энергии:

$e_ab = \int\limits_{a}^{b}E_стор dl$

Электрическое напряжение:

$U_ab = \int\limits_{a}^{b}\vec{E}\vec{dl} $

Электрический ток:

$ I = \int\limits_{S}\vec{\sigma}\vec{ds}$

Электрический заряд:

$q = \int\limits_{S}\vec{D}ds$

Магнитный поток:

$Ф = \int\limits_{S}\vec{B}\vec{ds}$

Электрическое сопротивление:

$R = \frac {l}{\gamma S}$

Благодаря применению в расчетах электрической цепи интегральных понятий можно получить сравнительно простые решения задач с допустимой погрешностью.

В любой электрической цепи одновременно можно наблюдать следующие физические процессы:

• процесс генерирования электроэнергии, который происходит в генераторах в результате преобразования механической, химической и других видов энергии в электрическую;
• процесс трансформации электрической энергии в другие виды энергии, которые протекают в приемниках энергии;
• процесс возврата или накопления электрической энергии в объеме магнитного поля: $W_M = \int\limits_{V} \frac {1}{2} \mu \mu _0 H^2 dV_2$;
• процесс возврата или накопления электрической энергии в объем электрического поля: $W_Э = \int\limits_{V} \frac {1}{2} \mu \mu _0 E^2 dV$.

Все вышеперечисленные физические процессы, которые происходят в электрических цепях, присущи всем элементам цепи. Вес они протекают одновременно и связываются между собой законами сохранения электрической энергии.

При расчете процессов электрической цепи ее можно представить в виде условной схемы или схемы замещения, которая состоит из композиции идеальных элементов. Каждый схемный элемент отображает определенный процесс электрической цепи. Таких элементов пять:

1. Идеальный источник напряжения электродвижущей силы $Е$. Данный элемент схемы генерирует постоянную величину ЭДС на своих выводах. Она не зависит от электрического тока. Характеризуется напряжением.
2. Идеальный источник электрического тока $J$. Это элемент схемы электрической цепи, который генерирует в ней постоянный ток. Он не зависит от напряжения на зажимах. Характеризуется током.
3. Идеальный резистор $R$. Данный схемный элемент, в котором осуществляется процесс трансформации электрической энергии в другие виды энергии. Он имеет символьное обозначение и характеризуется сопротивлением.
4. Идеальная катушка индуктивности $L$. В этом элементе схемы электрической цепи осуществляется только процесс возврата или накопления электроэнергии в магнитном поле $WM = \frac {Li2}{2}$. Элемент характеризуется индуктивностью.
5. Идеальный конденсатор $C$. В данном схемном элементе происходит процесс возврата или накопления энергии в электрическом поле $WЭ = \frac {Cu2}{2}$. Он характеризуется емкостью.

Каждый элемент электрической цепи, что представлен на схеме замещения, отображается одним или несколькими схемными элементами. Это зависит от необходимости учета тех физических процессов, которые протекают в конкретном элементе.

Например, лампа накаливания на схеме электрической цепи представлена одним элементом – резистором $R$, поскольку световая и тепловая энергия больше энергии электромагнитного поля. На схеме комбинация обмотка электромагнитного реле представлена двумя элементами $R$ и $L$, а двухпроводная линия – комбинацией из шести схемных элементов, которые учитывают ве физические процессы в ней комплексно.

Заключение

Конечно можно много говорить по теме Физические процессы в электрических цепях, но основную суть мы изложили по этому вопросу. Если вам нужно дополнительная консультация, пожалуйста пишите ваши сообщения нам на почту. Все поступившие вопросы рассматриваются и не остаются без ответа.