Резистивный 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
Если 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 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.