Электрические цепи для чайников: определения, элементы, обозначения. Как собрать электрическую цепь

Вертикальные насечки на линиях электропроводки указывают на количество проводников; если их больше трех, они должны быть обозначены цифрами. Пунктирными линиями обозначены цепи управления, сети безопасности, эвакуации и аварийного освещения.

Последовательное и параллельное соединение. Применение и схемы

В электрических цепях элементы могут быть соединены различными методами, например, последовательным или параллельным соединением.

При таком подключении проводники соединяются последовательно друг с другом, т.е. начальная точка одного проводника соединяется с конечной точкой другого проводника. Главная особенность такого соединения заключается в том, что все проводники принадлежат одному проводу и нет никаких ответвлений. По каждому проводнику течет одинаковый ток. Однако общее напряжение на проводниках — это суммарное напряжение на отдельных проводниках.

Рассмотрим несколько резисторов, соединенных последовательно. Поскольку разветвлений нет, количество заряда, проходящего через один проводник, равно количеству заряда, проходящего через другой проводник. Силы тока во всех проводниках будут одинаковыми. Это самая важная особенность данного соединения.

Эту связь можно рассмотреть и с другой стороны. Все резисторы можно заменить одним эквивалентным сопротивлением.

Ток через эквивалентный резистор равен сумме токов через все резисторы. Эквивалентное общее напряжение будет равно сумме напряжений на каждом резисторе. Это разность потенциалов через резисторы.

Если воспользоваться этими правилами и законом Ома, который подходит для каждого резистора, можно доказать, что сопротивление эквивалентного общего резистора будет равно сумме сопротивлений. Следствием первых двух правил будет являться третье правило.

Последовательное подключение — это когда выключатели соединяются в последовательную цепь, когда устройство нужно включать и выключать целенаправленно. Например, электрический звонок не будет звонить, если источник и кнопка не соединены последовательно. Согласно первому закону, если ток не течет хотя бы в одном проводнике, то и в других проводниках ток течь не будет. И наоборот, если ток течет хотя бы в одном проводнике, ток будет течь и во всех остальных проводниках. То же самое относится к фонарику с кнопкой, батарейкой и лампочкой. Все эти элементы должны быть соединены последовательно, чтобы фонарь светился при нажатии кнопки.

Последовательное подключение может не дать желаемого эффекта. Например, в квартире с большим количеством приборов, таких как люстры и лампочки, не все лампы и приборы следует подключать последовательно, так как никогда нет необходимости освещать все комнаты в квартире одновременно. Поэтому последовательные и параллельные соединения следует рассматривать отдельно, а для подключения светильников в квартире следует использовать параллельные цепи.

Параллельное подключение.

В этом типе цепи все проводники соединены параллельно друг с другом. Все начальные проводники объединяются в одной точке, и все конечные точки также объединяются. Рассмотрим цепь, в которой несколько однородных проводников (резисторов) соединены параллельно.

Этот тип соединения является соединением с ответвлением. Каждая ветвь содержит один резистор. Ток при достижении точки разветвления разделяется каждым резистором и равен сумме токов через все резисторы. Напряжение на всех параллельно соединенных элементах одинаково.

Все сопротивления могут быть заменены одним эквивалентным сопротивлением. Закон Ома может быть использован для получения выражения для сопротивления. Если сопротивления складываются последовательно, то их обратные величины складываются параллельно, как написано в приведенном выше уравнении.

Применение

Если рассматривать подключение в бытовых условиях, то осветительные лампы и люстры должны быть подключены плоско и параллельно. Если они соединены последовательно, включение одной лампочки приведет к включению всех остальных. В случае параллельного подключения соответствующие лампы можно включать по желанию, добавив к каждой ветке соответствующий выключатель. Таким образом, на одну лампочку не будет влиять включение других лампочек.

Все электроприборы в квартире подключены параллельно к сети 220 В, которая подключена к распределительному щитку. Другими словами, параллельное подключение используется, когда приборы необходимо подключить независимо друг от друга. Последовательные и параллельные соединения имеют свои специфические характеристики. Соединения также неоднозначны.

Текущая эксплуатация

Последовательные и параллельные соединения, описанные ранее, действительны для основных значений напряжения, сопротивления и тока. Работа тока определяется уравнением.

Теперь вы знаете, как построить электрическую цепь двумя различными методами. Подобные эксперименты помогают понять физический процесс и дают опыт для будущей работы с электрическими цепями.

Электрические цепи

Электрическая цепь — это совокупность устройств, через которые протекает ток.

Рассмотрим простейшую электрическую цепь. Каков его состав? Существует генератор, который является источником тока, приемник, такой как лампочка или двигатель, и система передачи (провода). Чтобы цепь была цепью, а не набором проводов и батареек, элементы должны быть соединены друг с другом проводниками. Ток может протекать только в замкнутых цепях. Давайте определим его по-другому.

Электрическая цепь — это источник тока, линия передачи и приемник, соединенные друг с другом.

Конечно, источник, приемник и провод — это элементарные цепи в их простейшей форме. На практике схема содержит множество элементов и приспособлений, таких как резисторы, конденсаторы, переключатели, амперметры, вольтметры, выключатели, контакторы и трансформаторы.

Кстати, о том, что такое трансформатор, вы можете узнать в отдельной статье нашего блога.

Что лежит в основе разделения всех цепей тока? То же, что и сейчас! Существует два типа цепей: цепи постоянного тока и цепи переменного тока. В цепях постоянного тока направление не меняется, а полярность источника питания остается постоянной. С другой стороны, переменный ток циклически изменяется как по направлению, так и по величине с течением времени.

Сегодня переменный ток используется повсеместно. Подробнее о том, что сделал для этого Никола Тесла, читайте в этой статье.

Элементы электрических цепей

Все элементы электрической цепи можно разделить на активные и пассивные. Активные элементы схемы — это те, которые генерируют электродвижущую силу. Это источники тока, батареи, электродвигатели и т.д. Пассивные элементы — это соединительные кабели и электрические потребители.

Приемники и источники тока, с точки зрения топологии цепи, являются биполярными элементами (двухполюсниками). Им требуются два полюса, через которые они передают или принимают электрическую энергию. Устройства, через которые ток течет от источника к приемнику, являются четырехполюсниками. Чтобы передать энергию от одного двухполюсника к другому, им необходимо как минимум 4 контакта, соответственно для приема и передачи.

Резисторы — это элементы электрической цепи, обладающие сопротивлением. В общем, все элементы реальных электрических цепей, вплоть до самого маленького соединительного провода, обладают сопротивлением. Однако в большинстве случаев этим можно пренебречь и считать, что элементы электрической цепи идеальны.

Существуют условные обозначения для представления элементов цепи на схемах.

Кстати, подробнее об ампераже, напряжении, сопротивлении и законе Ома для элементов цепи читайте в отдельной статье.

Вольт-амперная характеристика — это фундаментальная характеристика элементов электрической цепи. Она представляет собой зависимость напряжения на клеммах элемента от тока, который через него проходит. Если вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию, то элемент называется линейным. Цепь, состоящая из линейных элементов, является линейной электрической цепью. Нелинейная электрическая цепь — это цепь, в которой сопротивление участков цепи зависит от величины и направления токов.

Какие существуют способы соединения элементов электрической цепи? Независимо от сложности цепи, элементы в ней соединяются либо последовательно, либо параллельно.

При решении задач и анализе цепей используются следующие понятия:

• Ветвь — это участок цепи, по которому течет одинаковый ток;
• Узел — соединение ветвей в цепи;
• Цепь — последовательность ветвей, образующая замкнутый путь. Узел является одновременно началом и концом пути, а остальные узлы встречаются в контуре только один раз.

Чтобы понять, что к чему, давайте посмотрим на рисунок:

Кстати, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любые виды работ.

Выработанная энергия должна куда-то деваться, то есть где-то использоваться. Устройство, которое принимает энергию, называется потребителем. Им может быть любой элемент цепи, который не является генератором и имеет сопротивление.

Классификация цепей

Электрические цепи классифицируются по типу сложности: простые (неразветвленные) и сложные (разветвленные). Существует деление на цепи постоянного и переменного тока, а также синусоидальные и несинусоидальные цепи. Исходя из характера элементов, они бывают линейными и нелинейными. Линии переменного тока могут быть однофазными и трехфазными.

Разветвленные и неразветвленные

Во всех элементах неразветвленной цепи протекает один и тот же ток. Простейшая разветвленная линия имеет три ветви и два узла. По каждой ветви течет свой ток. Ветвь определяется как участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами, заключенными между двумя узлами. Узел — это точка, в которой сходятся три ветви.

Если на схеме есть точка на пересечении двух линий, то в этой точке существует электрическое соединение между двумя линиями. Если узел не обозначен, то цепь неразветвленная.

Линейные и нелинейные

Электрическая цепь, в которой потребители не зависят от величины напряжения и направления токов, а все компоненты линейны, называется линейной цепью. К элементам такой цепи относятся зависимые и независимые источники токов и напряжений. В линейной цепи сопротивление элемента не зависит от силы тока, например, электрической печи.

В нелинейных, пассивные элементы зависят от значений направлений тока и напряжения и имеют по крайней мере один нелинейный элемент. Например, величина сопротивления лампы накаливания зависит от скачков напряжения и тока.

Обозначения элементов на схеме

Перед установкой оборудования необходимо внимательно ознакомиться с прилагаемыми правилами. Схемы позволяют передать полное описание изделия с помощью алфавитных и графических символов, занесенных в Единый реестр конструкторских документов.

К чертежам прилагается дополнительная информация. Они могут быть перечислены на чертежах в алфавитном или цифровом порядке или на отдельном листе. Принципиальные схемы классифицируются на десять типов, но в электротехнике обычно используются три основные схемы.

• Функциональные диаграммы должны быть максимально подробными. Основные функции компонентов обозначены прямоугольниками с алфавитом.
• На принципиальной схеме подробно показаны конструкция, соединения и контакты используемых компонентов. Необходимые параметры могут быть показаны непосредственно на диаграмме или в отдельном документе. Если показана только часть установки, диаграмма является однолинейной; если показаны все элементы, диаграмма является полнолинейной.
• В электрических схемах используется расположение элементов и их местонахождение, способ и последовательность установки.

Чтобы прочитать электрическую схему, необходимо знать графические символы. Провода, соединяющие элементы, изображаются линиями. Сплошные линии — общие электрические схемы. Кроме того, можно описать способ установки, материал, напряжение и ток. Для однопроводных схем группы проводников изображаются пунктирными линиями. Обозначения проводников и места их подключения показаны в начале и в конце.

Вертикальные насечки на линиях электропроводки указывают на количество проводников; если их больше трех, они должны быть обозначены цифрами. Пунктирными линиями обозначены цепи управления, сети безопасности, эвакуации и аварийного освещения.

Прерыватели на схеме выглядят как круг с правой диагональной линией. Тип и количество тире определяют параметры оборудования.

В дополнение к основному чертежу существует также запасной чертеж.

Этот проект является более сложной версией первого проекта. Опять же, эта задача очень проста и не должна вызывать особых затруднений. Все, что вам нужно, — это провода и ключи (выключатели). Подобный учебник должен стать хорошим опытом для пользователей, которые только изучают основы.

Видеоматериал