резистор в цепи постоянного токаРезистивный элемент в цепи постоянного тока

Рассмотрим характеристику постоянного тока при включении в цепь резистивного, индуктивного и емкостного элементов. Самый простой случай - это включение резистивного элемента, в роли которого может выступить все та же лампочка.
Для примера на рис.1 выбран источник постоянного тока напряжением 4,5В. В качестве активного сопротивления выбран резистор сопротивлением 3Ома. Как видно из графика, напряжение неизменно на протяжении всего времени. Ток также неизменен на протяжении всего времени и равен на основании закона Ома для участка цепи I = U/R = 4,5/3 = 1,5А. Выделяемая резистором мощность равна P = I²*R.
Резистивные элементы в цепях постоянного тока могут быть использованы и в качестве обогревочных. Наиболее часто их используют в качестве токоограничительных, в качестве делителей напряжения, во времязадающих цепочках и частотных фильтрах совместно с емкостными и индуктивными элементами.
Теперь посмотрим, как будут изменяться ток и напряжение на индуктивном и емкостном сопротивлениях. Это на рис.2 и рис.3.

Индуктивный элемент в цепи постоянного тока

индуктивность в цепи постоянного токаЕсли в электрическую цепь включить индуктивность, то она будет препятствовать мгновенному появлению полного тока в отличие от резистора. Здесь для примера R = 3Ома, L = 0,1Гн. В момент включения сопротивление катушки будет велико и она возьмет на себя все напряжение источника, а ток будет нулевым. Постепенно сопротивление катушки будет уменьшаться, напряжение на ней будет также уменьшаться, а ток через нее возрастать. В конце концов сопротивление катушки станет почти нулевым, а ток максимамальным и его величина будет ограничена лишь резистором R, выполняющим в данном случае роль ограничительно сопротивления в тот момент, когда сопротивление катушки станет нулевым, чтобы не возникло короткого замыкания. Это явление получило название самоиндукции. Она препятствует нарастанию силы тока при включении и убыванию силы тока при выключении. явление самоиндукцииЯвление самоиндукции можно наблюдать, собрав цепь из катушки, резистора и двух ламп(рис.2а). Резистор должен иметь такое же сопротивление, как и провод катушки. Опыт покажет, что при замыкании цепи лампа, включенная последовательно с катушкой, загорить позже, чем включенная с резистором. Нарастанию тока будет препятствовать явление самоиндукции, рассмотренная на рис.2. При отключении вспыхнут обе лампы. Резкому убыванию тока будет препятствовать все та же самоиндукция.

Емкостной элемент в цепи постоянного тока

конденсатор в цепи постоянного токасхема замещения источника питания и конденсатораКонденсатор в цепи постоянного тока ведет себя наоборот по сравнению с индуктивностью. Его сопротивление в момент подачи напряжения равно почти нулю и ток в цепи ограничен только токоограничительным резистором R. Соответственно, напряжение в первый момент на емкости нулевое. Постепенно сопротивление конденсатора постоянному току возрастает, ток в цепи падает, а конденсатор постепенно "берет на себя" все напряжение источника. После зарядки напряжение конденсатора равно напряжению источника, только в обратной полярности. Это показано на рис.3а. Такие схемы получили название схем замещения. Из нее видно, что источник напряжения и конденсатор представляют из себя как бы две батарейки, включенные не последовательно(иначе напряжения сложились бы, что противоречило бы имеющемуся нулевому току), а навстречу друг другу. В заключение отметим, что в данной схеме расчет произведен для R = 3Ом и С = 2мкФ. Расчет и формулы подобных схем рассмотрены в разделе "Решение задач". Протекание тока в электрической цепи, содержащей индуктивность, сопровождается возникновением магнитного поля в окружающей среде. Магнитному полю присуща энергия, равная работе, совершаемой электрическим током I в процессе создания поля и численно равная W = LI²/2.

В электрической цепи, содержащей емкостной элемент, электрические заряды могут не только перемещаться по ее элементам, но также накапливаться в них, создавая запас энергии W = CU²/2.

Наиболее часто емкостные и индуктивные элементы применяются в электрических схемах в качестве всевозможных частотных фильтров и колебательных контуров.

Сопутствующие разделу темы:

активное, индуктивное и реактивное сопротивления в цепи переменного тока
электрику о резисторах
электрику о конденсаторах
электрику об индуктивности
электрический резонанс