Метод узловых и контурных уравнений Линейные электрические цепи

Электрический ток. 1-й закон Кирхгофа

Из физики известно о существовании трех родов электрического тока: проводимости, переноса и смещения.

Электрическим током проводимости называется направленное движение свободных зарядов qсв, какими являются электроны в металлах, положительные и отрицательные ионы в электролитах :

Ток проводимости связан с плотностью тока уравнением:

Ток проводимости возникает в проводящей среде под воздействием электрического поля: `dпр= g`Е, где g - удельная проводимость среды [Cм/м] .

Электрическим током переноса называется направленное движение заряженных частиц qзч, движущихся в свободном пространстве. Математически ток переноса описывается аналогичными с током проводимости уравнениями:

 .

Электрическим током смещения называется явление направленного движения связанных зарядов в результате поляризации диэлектрика и явление изменения во времени электрического поля:

,

.

Ток смещения может существовать в пустоте (). Рассмотрим некоторую замкнутую поверхность S , внутрь которой втекают ток проводимости iпр и ток переноса iпер (рис. 1).

При увеличении заряда внутри объема q=qсв+qзч будет усиливаться электрическое поле на поверхности S. По теореме Гаусса:

Продифференцируем обе части этого уравнения по переменной t:

;

,

откуда следует вывод, что iсм= - iпр – iпер или iпр+iпер+iсм= 0.

Сумма токов всех родов, протекающих сквозь любую замкнутую поверхность, равна нулю. Если замкнутую поверхность S разбить на отдельные участки S1, S2, ..., Sn, то

S = S1+S2+...+Sn и соответственно i = i1+i2+....+in=0 .

Рассмотрим узел электрической цепи, т. е. точку, в которой сходятся не менее трех проводов (ветвей) этой цепи (рис. 2).  Окружим узел замкнутой поверхностью S . Токи, протекающие по проводникам (i1 , i2 , i3), называются токами проводимости. Через свободную поверхность диэлектрика будет протекать ток смещения   На промышленной частоте 50 Гц ток смещения несоизмеримо меньше тока проводимости  (iсм<< iпр ) и в инженерных расчетах им можно пренебречь. Таким образом, можно считать, что алгебраическая сумма токов проводимости в узле электрической цепи равна нулю:

åi = i1 – i2 – i3 = 0 .

Указанное положение в электротехнике получило название 1-го закона Кирхгофа.

 

 

 

 

 

 

 

Как было показано ранее, одним из важнейших преимуществ многофазных систем является получение вращающегося магнитного поля с помощью неподвижных катушек, на чем основана работа двигателей переменного тока. Рассмотрение этого вопроса начнем с анализа магнитного поля катушки с синусоидальным током.
Законы Кирхгофа при расчете электрических цепей