Простейшая электрическая цепь

Любого человека, если он, конечно, не отказался от благ цивилизации, окружает множество электротехнических устройств. Далеко за примерами ходить не нужно: телевизор, телефон, самая обыкновенная лампа накаливания и пр. Основой всех подобных устройств является электрическая цепь. Многие литературные источники дают похожие определения, правда, применительно к простейшей разновидности. Почему так, ведь современные электронные аппараты настолько сложны, что их обслуживание доверяют компьютеризированным системам? Действительно, странно, особенно если вспомнить центральные процессоры персональных компьютеров с их миллионами транзисторов – в них также присутствует электрическая цепь постоянного тока. Причина вышеуказанного упрощения определения состоит в том, что любая, даже сложнейшая, электрическая схема может быть представлена в виде большого количества простейших составляющих. Кстати, именно поэтому появляется возможность выполнять необходимые расчеты, используя известные формулы.

Итак, с простым и сложным определились. Теперь поясним, что же такое электрическая цепь. Для того чтобы было более понятно, рассмотрим простейший пример – электрический фонарик. Причем не тот, в котором используется управляющая микросхема (переключение режимов, мигание и пр.), а самый обычный – с батарейкой, лампочкой и тумблером включения. Он состоит из корпуса, в котором размещены сам источник света, выключатель, отсек для батарейки с двумя контактами. Вставив батарейку в корпус и щелкнув выключателем, можно добиться яркого направленного свечения лампы. Совершив эти действия, мы сформировали как раз то, что называется электрическая цепь (в профессиональном сленге - собрали схему). Ток источника электроэнергии (батарейки) устремился по пути: контакт положительного полюса – проводник, тумблер – лампа – отрицательный полюс. Это называется "простейшая электрическая цепь". В примере с фонариком элементов три: источник ЭДС, тумблер и лампа. Стоит отметить, что движение электронов (ток) возможно только по замкнутому контуру, поэтому если тумблер отключить и цепь разорвать, то оно исчезнет, хотя напряжение источника останется. Кстати, все процессы могут быть описаны и рассчитаны не только через ток, но также посредством напряжения, мощности, ЭДС.

Универсальный инструмент расчета – закон Ома. В данном случае он выглядит как:

I = E/(R+r),

где I – ток, Амперы; E – ЭДС, Вольты; R – сопротивление лампочки, Ом; r – сопротивление источника ЭДС, Ом. В используемом примере влияние сопротивлений проводника и тумблера не учитывается, так как оно ничтожно мало.

Итак, электрическая цепь и ее элементы могут включать в себя источник питания, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, полупроводниковые компоненты и пр. Причем все это должно быть соединено воедино проводниками, формирующими непрерывный путь для прохождения тока.

Простые цепи подразделяются на неразветвленные и разветвленные. В первом случае по всем составляющим элементам проходит один и тот же ток (правило для последовательного соединения потребителей). Во втором же случае дополнительно прибавляется одна или несколько ветвей, соединенных с рассматриваемым простейшим контуром посредством узлов. При этом формируется смешанное соединение элементов цепи, поэтому значение тока, протекающего в каждой ветви, различно. Здесь ветвь – это участок электрической цепи, по всем элементам которого течет один и тот же ток, а противоположные концы которого подключены в двух узлах. Соответственно, узел – это точка электрической цепи, в которой сходятся три или более ветвей. На принципиальных схемах узлы часто как раз и обозначают точками, что упрощает восприятие (чтение).