Электрическая цепь – это система, которая позволяет направлять ток, управлять им, преобразовывать, включать и выключать. Цепи могут содержать от двух-трех до многих сотен различных элементов, характеризующихся определенными параметрами.

Составление цени

Цепь должна образовывать замкнутый путь для электронов, так чтобы они проходили по всей системе и возвращались в источник в том же количестве, в каком выходили из него. Казалось бы, такое явление, как молния, противоречит этому требованию, тем не менее оно также служит примером электрической цепи. Это кажущееся противоречие разрешается, если рассматривать Землю и различные сооружения как большое «хранилище» электронов. Если облака нарушают баланс электронов, то он восстанавливается ударом молнии – в результате среднее число электронов, потерянных Землей и возвратившихся к ней, оказывается одинаковым.
Электрические токи могут также переноситься заряженными атомами, или ионами. Ионы растворенных солей и других химических веществ проводят ток через электролит в электролитической ванне, а ионы газа переносят электричество в люминесцентной лампе. Все цепи постоянного тока характеризуются тремя параметрами: током I, напряжением U и сопротивлением R.
Иллюстрацией движения электронов (и использования высоковольтного постоянного тока) может служить линия электропередачи. Она состоит из двух проводов – по одному электроны движутся в одном направлении, а по другому они в том же количестве возвращаются назад. Если один из проводов обрывается, то его «заменяет» земля, которая переносит электроны в соответствующем направлении.
Аналогично в качестве так называемой «земли», или обратной цепи, — хотя это неточное и вообще неправильное выражение – используется шасси автомобиля. Один полюс автомобильной батареи соединен с кузовом, и единственный провод идет от другого полюса через выключатель к каждому элементу электрооборудования и в конце концов прочно соединяется с шасси. Благодаря такому устройству число выходящих из батареи электронов точно соответствует числу приходящих. При таком использовании шасси отпадает необходимость во втором проводе для каждого элемента электрической цепи.

Постоянный и переменный токи

На практике главное различие компонентов электрической цепи (хотя это не принципиальное различие) связано с тем, используются ли они для переменного или постоянного тока. Постоянный ток однонаправленный: электроны всегда текут в одном направлении.
За направление тока (оно противоположно направлению движения электронов) принято считать направление от положительного полюса источника тока к отрицательному. В генераторах постоянного тока, батареях и некоторых других источниках полюсы однозначно определяются конструкцией машины или оборудования. Наиболее распространенным источником постоянного тока является, по-видимому, гальванический элемент, в котором сама природа реактивов определяет полярность системы. То же относится и к генератору постоянного тока (динамомашине), поскольку и здесь полярность определяется конструкцией машины. Фиксированную полярность имеет еще одно устройство, известное как выпрямитель. Он используется для превращения переменного тока в постоянный: независимо от изменения направления тока на входе выпрямителя направление его на выходе всегда одно и то же.
Переменный ток применяется гораздо шире, хотя в некоторых случаях необходим именно постоянный ток, а переменный использовать нельзя. Например, в гальванотехнике требуется постоянный ток, поскольку здесь весьма существенно, чтобы ток протекал в одном направлении. В противном случае материал перемещался бы взад-вперед между покрываемым изделием и источником, и осаждения металла не произошло бы. Перезарядку батареи, которая тоже представляет своеобразную форму гальванотехнического процесса, можно осуществить лишь с помощью постоянного тока.
В системах, предназначенных для передачи электроэнергии на большие расстояния, предпочитают постоянный ток, потому что провода при этом требуют меньшей изоляции и могут быть более тонкими, чем при передаче переменного тока, несущего ту же мощность. Кроме того, при передаче постоянного тока проводники используются гораздо полнее. В результате передача электроэнергии на большие расстояния при помощи постоянного тока обеспечивает значительную экономию финансовых и материальных ресурсов.

Прерывание тока

Несмотря на некоторые преимущества, использование постоянного тока связано с одной важной проблемой, а именно проблемой его быстрого выключения. При прерывании тока между размыкающими контактами возникает искра. Порой искра оказывается столь большой, что может расплавить не только контакты, но и само выключающее устройство. Переменный ток в силу своей природы обращается в нуль много раз за секунду, поэтому при размыкании искра оказывается очень слабой.