Математическое моделирование физических задач на ЭВМ
Напряжением называют количество энергии, затрачиваемой на перемещение единицы заряда из одной точки в другую:
где w—энергия.
При измерении энергии в джоулях (Дж) и заряда в кулонах (Кл) напряжение выражают в вольтах (В).
Напряжение как отношение двух скалярных величин также является скалярной алгебраической величиной. Для однозначного определения знака напряжения между двумя выводами рассматриваемого участка цепи одному из выводов условно приписывают положительную полярность, которую отмечают либо стрелкой, направленной от вывода, либо знаками «+», «-» (рис. 1.1, б, в). Напряжение положительно, если его полярность совпадает с выбранной; это означает, что потенциал вывода со знаком «+», из которого выходит стрелка, выше потенциала второго вывода.
Перед началом анализа должны быть указаны выбранные положительные полярности напряжений – только при этом условии возможно однозначное определение напряжений. В программе по умолчанию каждому источнику ЭДС приписывают «+» к высшему потенциалу, а «-» – к низшему.
Положительную полярность напряжения выбирают согласованной с выбранным положительным направлением тока, когда стрелки для тока и напряжения совпадают или знак «+» полярности напряжения находится в хвосте стрелки, обозначающей положительное направление тока. При согласованном выборе полярности, очевидно, достаточно ограничиться указанием только одной стрелки положительного направления тока.
Для обозначения условно положительной полярности применяют знаки «+», «-» у выводов участка цепи.
2. Резистивный элемент
Под резистивным элементом электрической цепи или активным сопротивлением понимают идеализированный элемент, в котором происходит только необратимое преобразование электромагнитной энергии в теплоту или другие виды энергии, а запасание энергии в электрическом и магнитном полях отсутствует.
По свойствам к этому идеальному элементу довольно близки такие реальные устройства, как угольные сопротивления, реостаты, лампы накаливания при относительно небыстрых изменениях токов.
Условное графическое обозначение резистивного элемента Представлено на рис. 1.2, а, где указаны принятые положительные направления напряжения и тока.
Основное уравнение элемента, связывающее ток и напряжение, так называемая вольт-амперная характеристика, определяется законом Ома, который устанавливает пропорциональность между напряжением и током:
U=RI, I=GU (1.3)
Коэффициент пропорциональности в первом выражении (1.3), равный отношению напряжения и тока, является электрическим сопротивлением:
R=U/I (1.4)
Численно сопротивление равно напряжению на элементе при токе в 1 А. Значение сопротивления выражается в омах.
Обратная величина – отношение тока к напряжению – представляет собой электрическую проводимость:
G=I/U=1/R. (1.5)
В теории линейных электрических цепей сопротивление и проводимость принимают постоянными, не зависящими от тока, напряжения и других величин. В реальных элементах это допущение, так же как и допущение отсутствия запасания энергии, выполняется приближенно.
3. Источники
Под источником в теории цепей понимают элемент, питающий цепь электромагнитной энергией. Эта энергия потребляется пассивными элементами цепи – запасается в индуктивностях и емкостях и расходуется в активном сопротивлении.
Напряжения источников, представляющие заданные функции времени, называют также приложенными к цепи или возбуждающими цепь сигналами. Примерами реальных источников электромагнитной энергии могут служить генераторы постоянных, синусоидальных и импульсных сигналов разнообразной формы, сигналы, получаемые от различного рода датчиков, антенн радиоприемных устройств и т. д. Эти источники сигналов либо являются первичными источниками, в которых происходит непосредственное преобразование энергии неэлектромагнитной природы (механической, химической, тепловой и т. д.) в электромагнитную энергию, либо получают питание от первичных источников. Источник является активным элементом.
Для анализа цепей вводят идеализированный источник напряжения, который учитывает главные свойства реального источника.
Источник напряжения. Под источником напряжения понимают такой элемент с двумя выводами (полюсами), напряжение между которыми задано в виде некоторой функции времени независимо от тока, отдаваемого во внешнюю цепь.
 |
а) б)
Рисунок 1.3.
Наиболее часто применяемые условные графические обозначения источника напряжения представлены на рис. 1.3, а и б, где принятая положительная полярность напряжения источника указывается либо стрелкой внутри кружочка, либо большой и малой чертами, малая соответствует знаку «-», а большая - «+». Поскольку положительную полярность напряжения условились обозначать знаками «+», «-», для источника напряжения в программе применено обозначение, показанное на рис. 1.3, б.
Глава 1. Задача анализа разветвленной цепи
Электрическую цепь, приближенно отображающую электромагнитные процессы в реальном устройстве, составляют путем соответствующего соединения между собой рассмотренных двухполюсных элементов: сопротивления, индуктивности, емкости и источников сигнала. В общем случае отдельные элементы, а также отдельные участки цепи могут соединиться произвольно. В дипломной работе рассмотрены только соединение сопротивления и источника сигнала, в качестве которого используют ЭДС.
В результате получается электрическая схема, имеющая определенную геометрическую конфигурацию. На рис. 4 приложения показан пример схемы электрической цепи, составленной из нескольких сопротивлений и источников ЭДС.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7