Джерела струму і напруги
В теорії ланцюгів для подання джерел електричної енергії використовують дві моделі: ідеальні джерела напруги і ідеальні джерела струму. З їх допомогою за допомогою схем заміщення описують реальні джерела електричної енергії.
Ідеальні джерела напруги (джерела ЕРС)
Ідеальний джерело напруги (синоніми - джерело ЕРС, генератор ЕРС) являє собою активний двухполюсник, що виробляє напругу, яка не залежить від струму, що протікає через цей двухполюсник. ЕРС - абревіатура терміну електрорушійна сила. В теорії ланцюгів розглядають джерела постійної ЕРС і джерела змінної ЕРС, що змінюється в часі за певним законом. Джерело напруги і його вольтамперної характеристики (ВАХ) показані на рис. 1.13, а, б. На електричних схемах ланцюгів з гальванічним елементами (батарейками, акумуляторами) зазвичай використовують особливі позначення для джерел постійної ЕРС (рис. 1.13, в). Якщо знаки «плюс» і «мінус» близько полюсів такого елемента не розставлені, слід вважати, що електрод, позначений довгою смугою, має більш високий ( «плюсової») потенціал.
Напруга між полюсами ідеального джерела напруги з'являється внаслідок дії сторонньої сили, яка переносить заряди всередині джерела. Причому позитивні заряди рухаються від полюса з меншим потенціалом до полюса з великим потенціалом - від «мінуса» до «плюса». Негативні заряди рухаються в зворотному напрямку. В умовному позначенні джерела ЕРС присутній стрілка. Вона грає роль опорного (умовного позитивного) напрямки для джерела ЕРС. Домовилися вважати, що електрорушійна сила спрямована туди, куди рухаються всередині джерела позитивні заряди, - від «мінуса» до «плюса». У зовнішній ланцюга струм позитивних зарядів спрямований від виведення «плюс» джерела ЕРС до висновку «мінус». Переміщення одиничного позитивного заряду по ланцюгу між цими полюсами супроводжується виконанням роботи, чисельно дорівнює напрузі, яке відраховується від «плюса» до «мінуса». Таку ж роботу виконує всередині джерела електрорушійна сила. Якщо напрямки відліку напруги і ЕРС обрані так, як показано на рис. 1.13, а (стрілки спрямовані протилежно), то:
Якщо стрілки для ЕРС і напруги на джерелі спрямовані в одну сторону, слід користуватися рівністю:
А для миттєвої потужності ре джерела ЕРС маємо:
При будь-якому виборі опорних напрямків ЕРС і напруги розрахунок миттєвої потужності показує, що для джерела ЕРС вона негативна (енергія віддається), а для підключеної до нього зовнішньої ланцюга (наприклад, для опору R / на рис. 1.13, а) - позитивна. Дійсно, при обраних на малюнку напрямках струму і напруги для миттєвої потужності pR на опорі R, виходить:
Так і повинно бути - енергія, отримана за певний інтервал часу ланцюгом, підключеної до джерела, повинна дорівнювати енергії, відданої в цей ланцюг сторонніми силами.