54
- Метод эквивалентных узлов
Идей метод состоит в том, чтобы различные узлы цепи, имеющие равные потенциальы, рассматривать как один узел. При этом потенциаль в полученном «склеенном» узле равен общему значению потенциальов исходных узлов.
Если эквивалентные узлы соединить проводником (без сопротивления), то электрическое условие во всех узлах и ветвях цепи не изменяется, так как по этому проводнику ток идти не будет.
Рассмотрим примеры.
Задача 1. Найти сопротивление, эквивалентное участку цепи, изображенную на рисунке 1, (все сопротивления на схеме одинаковы и равны ).
Решение. Нетрудно понять, что узлы 1, 2 и 3 имеют равные потенциальы. В самом деле, из сообщений симметрия ясно, что токи, индущее по ветвям A-1, A-2 и A-3 — одинаковы. Поэтому благодаря равенству сопротивления этих ветвей padения потенциальа на них тоже одинаковы и одинаковы потенциальы узлов 1, 2 и 3.
Аналогично можно показать, что узлы 4, 5 и 6 тоже имеют равные потенциальы (эквивалентных).
Ясно, что сопротивление цепи не изменится, если эквивалентные узлы 1, 2 и 3 соединить вместе. Не изменится сопротивление цепи, если соединить и вторую тройку эквивалентных узлов.
Сделав это, мы получим цепь, эквивалентную данной (рис. 1, 6). Сопротивление этой цепи найти нетрудно: сопротивление участка равно , сопротивление участка равно , а сопротивление участка равно . Поэтому .
56
Рис. 3.
тельно, по участку ток не идет. Позному можно удалить участок и мы получим эквивалентную схему, изображенную на рисунке 4, б. После простых преобразований цепи (рис. 4, θ) легко подсчитать, что ее сопротивление .
- Метод «размножения» узлов
Этот метод тоже тесто связыван с методом эквивалентных узлов. Если замена несколько эквивалентных узлов одним (соединение узлов) приводила к эквивалентной цепи, то и обратная замена одного узла несколько эквивалентными узлами не нарушит электрические условия в остальной части цепи.
Приведем примеры цепей, для которых такое преобразование целесообразно.
Задание 5. Найти сопротивление участка цепи, показанного на рисунке 5, а.
Заменим узел трея узлами; , и (рис. 5, б). Однако нам нужно еще докажать, что эти цепи эквивалентны. Для эквивалентности цепей необходимо, чтобы узлы , и были эквивалентными. Но это оченьindo, так как разность потенциальов — равна половине разности потенциальов точек и : .
Аналогично, из сообщений симметрики включения сопротивления нетрудно найти, что и . Следовательно, , то есть узлы , и эквивалентны. Теперь найти сопротивление цепи не составляет труда. Оно равно 0,8 (рис. 5, θ).
58
Рис. 7.
Задание 7. Найти сопротивление цепи, показанной на рисунке 7, а.
Решение. Заменим ветвь двумя параллельными ветвями с равными между собой сопротивлениями . Затем разделим узел на эквивалентные узлы и (их эквивалентныйность следует из сообщений симметричной относительной узлов и ). Цепь, показанная на рисунке 7, 6, эквивалентна цепи на рисунке 7, а. Найдем ее сопротивление. Участики и соединены параллельно. Позному сопротивление .
Аналогично, . Теперь узлы и связаны трех параллельными ветвями с сопротивлениями . Общее сопротивление цепи равно (рис. 7, г).
- Рекуррентный метод
Рекуррентными методами решения задач называют общую такие методы, при которых задача решается по шагам, причем на -м шаге надо использовать результаты, полученные на предшествующих шагах. Рекуррентные методы в задачах расчета сопротивления цепей особенно удобны, когда схема имеет повторяющийся структура и число сопротивлений велико.
Задание 8. Найти сопротивление цепи, показанной на рисунке 8, а, где .
Решение. Перерисуем цепь так, как показано на рисунке 8, 6. Ясно, что расчет нужно вести с конца . Заменяя сопротивление и эквивалентным сопротивлением , получаем схему, показанную на рисунке 8, в. Теперь сопротивления и , можно вновь заменить эквивалентным (рис. 8, г). Общее сопротивление цепи равно