Цепи постоянного тока

Электрическое напряжение
Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или Напряжение. Единица измерения напряжения – Вольт (В или V).
Условимся, что вода – это электрический заряд, высота водяного столба (давление) – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток.
Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.
Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается.
Представим себе, что вместо резервуара у нас водопровод, обеспечивающий в трубах постоянное давление воды, например, 5 атмосфер. А на пути воды в трубу стоит кран. В этом случае аналогом напряжения является давление воды в водопроводе, а сам водопровод – источником напряжения. Пока кран закрыт. вода в трубу не подаётся и тока нет. Кран представляет собой ключ, который подключает нагрузку (например, лампочку) к источнику питания. Если мы откроем кран, в трубе появится ток, величина которого не будет меняться, т.к. давление в водопроводе (если он правильно спроектирован) меняться не будет.

Электрический ток
Электрический ток – это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому. В качестве частиц, переносящих заряд, могут выступать электроны, протоны, ионы и дырки. При отсутствии замкнутой цепи ток невозможен. Частицы способные переносить электрические заряды существуют не во всех веществах, те в которых они есть, называются проводниками и полупроводниками. А вещества, в которых таких частиц нет – диэлектриками.
Принято считать направление тока от плюса к минусу, (при этом электроны движутся от минуса к плюсу!)
Единица измерения силы тока – Ампер (А). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой I. Ток в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда в 1 Кулон (6,241·1018 электронов) за 1 секунду.

Сопротивление
Электрическое сопротивление – физическая величина, определяющая свойство проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению тока. Единица измерения сопротивления – Ом (обозначается Ом или греческой буквой омега Ω). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R. Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник, к которому приложено напряжение 1 В и при этом протекает ток 1 . Т. е.,
I=U/R
Проводники по-разному проводят ток. Их проводимость ρ зависит, в первую очередь, от материала проводника, а также от сечения и длины. Лучшими проводниками являются золото, медь, серебро. Похуже – алюминий, плохим проводником является сталь.
Чем больше сечение S, тем выше проводимость, но, чем больше длина l, тем проводимость ниже. А т.к. сопротивление обратно пропорционально проводимости, то:
R=ρ *l/S
Сопротивление току в проводнике вызвано стационарным характером движения электронов в веществе, сопровождающееся соударениями электронов с атомами кристаллической решетки. Эти соударения приводят к выделению тепла в проводниках и других элемента (например, а резисторах, назначение которых оказывать требуемое сопротивление току). Причем, чем больше ток и меньше сечение проводника и его проводимость, определяемая материалом, из которого он изготовлен, – тем сильнее нагрев.
Количество тепла Q, выделяемого элементом с сопротивлением R, определяется формулой (законом) Джоуля –Ленца:
Q = I2*R*t.
Из этого закона следует, что нагревательные приборы нужно делать из материала с высоким удельным сопротивлением. К таким материалам относятся сплавы нихром, константан и др.

Падение напряжения.
Напряжение в электрических цепях создаётся источниками Э.Д.С (которые мы будем называть источниками напряжения). Однако в разных точках цепей оно может отличаться от напряжения на выводах источника напряжения. А точнее, может стать меньше. В электротехнике и электронике принято говорить, что напряжение не уменьшилось, а упало, и величина, на которую оно «упало» называется падением напряжения. Физическая причина падения напряжения. – его потери на тепло, излучение, акустические эффекты и др.
Если к источнику напряжения (между его выводами) подключена цепочка последовательно соединённых резисторов, то измерение напряжений на в точках соединения резисторов относительно одного из выводов будет уменьшаться (говорят, падать на резисторах). А измеренное вольтметром напряжение на любом резисторе называется падением напряжения на резисторе.
Явление падения напряжения используется в такой простейшей схеме, как делитель напряжения на резисторах. Это устройство состоит в простейшем случае из двух последовательно соединённых резисторов, на которые подаётся входное напряжение., а с одного из них снимается выходное напряжение. Протекающий через резисторы ток вызывает падение напряжения на другом резисторе, которое вычитаясь из входного, обеспечивает его нужное значение.

Проводники электрического тока.
Проводники — это тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объёму. Проводники делятся на две группы:
1) проводники первого рода (металлы), в которых перенос зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями;
2) проводники второго рода (например, расплавленные соли, растворы кислот), в которых перенос зарядов (положительных и отрицательных ионов) ведёт к химическим изменениям.
Особыми видами проводников являются плазма, газовые (искровые) разряды и сверхпроводники, обладающие практически нулевым сопротивлением протекающему току при очень низких температурах.
Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, полуметаллы, углерод (в виде угля и графита). Пример проводящих жидкостей при нормальных условиях — ртуть, электролиты, при высоких температурах — расплавы металлов. Пример проводящих газов — ионизированный газ (плазма). Некоторые вещества, при нормальных условиях являющиеся изоляторами, при внешних воздействиях могут переходить в проводящее состояние, а именно проводимость полупроводников может сильно варьироваться при изменении температуры, освещённости, легировании и т. п. В проводнике имеется большое число свободных носителей заряда, то есть заряженных частиц, которые могут свободно перемещаться внутри объёма проводника и под действием приложенного к проводнику электрического напряжения создают ток проводимости. Благодаря большому числу свободных носителей заряда и их высокой подвижности значение удельной электропроводности проводников велико.
Диэлектрики (например, стекло, пластмасса, двуокись кремния, кварц, слюда) — вещества, в которых практически отсутствуют свободные заряды.
Полупроводники (например, германий, кремний) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.
Важными характеристиками проводников, используемыми при расчёте электротехнических устройств, являются удельная проводимость (или удельное сопротивление) и зависимость проводимости от температуры.

Электрическая цепь
Электри́ческая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение

Элементы электрических (электронных) цепей

Характеристики и параметры идеальных элементов
uL= L*di/dt
Ic = C*duc/dt
U = E - IRвн.