В цепях постоянного тока распределение электрических зарядов на проводниках и
токов на участках цепи стационарно, то есть неизменно во времени.
Электромагнитное поле в таких цепях состоит из электростатического поля
неподвижных зарядов и магнитного поля постоянных токов. Эти поля существуют
независимо друг от друга. Если на каком-то участке цепи происходят изменения
силы тока или напряжения, то другие участки цепи могут «почувствовать» эти
изменения только через некоторое время, которое по порядку величины равно
времени τ распространения электромагнитного возмущения от одной точки цепи к
другой. Так как электромагнитные возмущения распространяются с конечной
скоростью, равной скорости света c , то где l – расстояние между наиболее
удаленными точками цепи. Если это время τ много меньше длительности процессов,
происходящих в цепи, то можно считать, что в каждый момент времени сила тока
одинакова во всех последовательно соединенных участках цепи. Процессы такого
рода в электрических цепях называются квазистационарными.
Квазистационарные процессы можно исследовать с помощью законов
постоянного тока, если применять эти законы к мгновенным значениям сил токов
и напряжений на участках цепи. Из-за огромного значения скорости света время
установления электрического равновесия в цепи оказывается весьма малым.
Поэтому к квазистационарным можно отнести многие достаточно быстрые в обычном
смысле процессы. Например, быстрые колебания в радиотехнических цепях с
частотами порядка миллиона колебаний в секунду и даже выше очень часто еще можно
рассматривать как квазистационарные. Простыми примерами квазистационарных
процессов могут служить процессы, происходящие в RC- и RL-цепях при подключении
и отключении источника постоянного тока. На рис. 1 изображена
электрическая цепь, состоящая из конденсатора с емкостью C, резистора с
сопротивлением R и источника тока с ЭДС, равной .
Рисунок 1. Цепи зарядки и разрядки конденсатора
через резистор.
Если замкнуть ключ K в положение 1, то начинается процесс зарядки
конденсатора через резистор. По закону Ома для квазистационарной цепи можно
записать:
RJ + U = ,
где J – мгновенное значение силы тока в цепи, U – мгновенное значение
напряжения на конденсаторе. Сила тока I в цепи равна изменению заряда q
конденсатора в единицу времени: Напряжение U на конденсаторе в любой
момент времени равно q / C. Из этих соотношений следует
Мы получили дифференциальное уравнение, описывающее процесс зарядки
конденсатора. Если конденсатор вначале не был заряжен, то решение этого
уравнения имеет вид
где τ = RC – так называемая постоянная времени цепи,
состоящей из резистора и конденсатора. Величина τ является характеристикой
скорости процесса. При t → ∞, U(t) → . Процесс зарядки конденсатора через
резистор изображен на рис. 2(I).
Рисунок 2. Зарядка (I) и разрядка (II)
конденсатора через резистор.
Если после того, как конденсатор полностью зарядился до напряжения , ключ K
перебросить в положение 2, то начнется процесс разрядки. Внешний источник тока в
цепи разрядки отсутствует ( = 0). Процесс разрядки описывается выражением
U(t) = exp (–t / τ).
Зависимость U(t) в процессе разрядки изображена на
рис. 2(II). При t = τ напряжение на конденсаторе уменьшается
в e ≈ 2,7 раза. Аналогично протекают процессы в цепи, содержащей
катушку с индуктивностью L и резистор с сопротивлением R (рис. 3).
Рисунок 3. Цепь, содержащая катушку с
индуктивностью L, резистор с сопротивлением R и источник тока с ЭДС,
равной .
Если в цепи, изображенной на рис. 3, ключ K сначала был замкнут, а
затем внезапно разомкнут, то начнется процесс установления тока. Этот процесс
описывается уравнением
Это уравнение по виду совпадает с уравнением, описывающим зарядку
конденсатора, только теперь переменной величиной является сила тока J. Решение
этого уравнения имеет вид
где постоянная времени τ = L / R. Аналогичным образом
можно получить закон убывания тока в RL-цепи после замыкания ключа K:
Следует отметить, что процессы в RC- и RL-цепях аналогичны
механическим процессам при движении тела в вязкой жидкости.
Знаете ли Вы, что такое "Большой Взрыв"? Согласно рупору релятивистской идеологии Википедии "Большой взрыв (англ. Big Bang) - это космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно - начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии. Обычно сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически существовало также представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей Вселенной, подкрепляемое существованием реликтового излучения..." В этой тираде количество нонсенсов (бессмыслиц) больше, чем количество предложений, иначе просто трудно запутать сознание обывателя до такой степени, чтобы он поверил в эту ахинею. На самом деле взорваться что-либо может только в уже имеющемся пространстве. Без этого никакого взрыва в принципе быть не может, так как "взрыв" - понятие, применимое только внутри уже имеющегося пространства. А раз так, то есть, если пространство вселенной уже было до БВ, то БВ не может быть началом Вселенной в принципе. Это во-первых. Во-вторых, Вселенная - это не обычный конечный объект с границами, это сама бесконечность во времени и пространстве. У нее нет начала и конца, а также пространственных границ уже по ее определению: она есть всё (потому и называется Вселенной). В третьих, фраза "представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва" тоже есть сплошной нонсенс. Что могло быть "вблизи Большого взрыва", если самой Вселенной там еще не было? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.