Физическими элементами реальной электрической цепи являются резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы, трансформаторы, транзисторы и другие компоненты электроники.
езистивным элементом (рис. 1.1,а) называют такой элемент, который обладает только свойством рассеивания энергии. Математическая модель резистивного элементаR определяется законом Ома, который устанавливает зависимость напряжения u от тока i, протекающего через сопротивление R. Такую зависимость называют вольт-амперной характеристикой (ВАХ) резистивного элемента и записывают в следующем виде:
, или 
. (1.6)
Если в (1.6) u = 1В, i = 1А, то R = 1Ом. Более крупными единицами измерения величины сопротивления являются килоом (1кОм = 103Ом) и мегоом (1мОм = 106Ом). Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью резистора. Она обозначается G и измеряется в сименсах (См). ВАХ для линейного и нелинейного резистивных элементов показаны на рис. 1.2.
Рис. 1.2. ВАХ линейного (а) и нелинейного (б) резистивных элементов.
Согласно уравнению (1.5) мощность, рассеиваемая резистивным элементом в виде тепла, равна:
(1.7)
Индуктивным элементом (рис. 1.1,б) называется такой элемент электрической цепи, который обладает только свойством накопления энергии магнитного поля. Математической моделью индуктивного элементаL является вебер-амперная характеристика, которая устанавливает зависимость суммарного магнитного потока, образованного в витках катушки, (потокосцепления ψ) от величины протекающего через катушку тока i. Уравнение, описывающее свойства индуктивного элемента имеет вид:
,
. (1.8)
где w – число витков катушки; n – номер витка, с которым сцеплен поток Фn, L – индуктивность катушки.
Если в (1.8) ψ = 1 вебер (Вб),i = 1А, то L = 1 генри (Гн). Более мелкими единицами измерения индуктивности являются милигенри и микрогенри . (1Гн = 103мГн = 106мкГн).
Согласно закону электромагнитной индукции напряжение на индуктивном элементе пропорционально скорости изменения тока в нем, т.е.
. (1.9)
Из (1.9) видно, что при i = const u = 0. Следовательно, при включении L в цепь постоянного тока свойства индуктивного элемента эквивалентны коротко замкнутому участку цепи.
Мощность электрических колебаний в индуктивном элементе под действием запасенной энергии согласно (1.4 и 1.5) равна:
, (1.10)
откуда
. (1.11)
Так как направления напряжения u и тока i могут совпадать и не совпадать, то согласно (1.10) мощность может быть как положительной, так и отрицательной. В первом случае (р > 0) индуктивный элемент потребляет энергию, а во втором случае (р < 0) – отдает. Энергия, запасенная в индуктивном элементе (1.11), всегда положительная.
Емкостным элементом (рис. 1.1,в) называют элемент электрической цепи, обладающий только свойством накапливать энергию электрического поля. Математической моделью емкостного элементаС является вольт-кулоновая характеристика, которая устанавливает зависимость напряжения u от сообщенного емкости C электрического заряда q и определяется выражением:
, или 
. (1.12)
Если в выражении (1.12) q = 1Кл, u = 1В, то C = 1 Фарада (Ф). Более мелкими единицами измерения емкости являются милифарада (мФ) и микрофарада (мкФ)
1Ф = 103мФ = 1012мкФ.
Согласно (1.1) и (1.12) между током и напряжением на емкости существует связь, определяемая равенством:
. (1.13)
Из (1.13) видно, что ток в емкостном элементе пропорционален скорости изменения приложенного к нему напряжения. Если u = сonst, то i = 0, следовательно в цепи постоянного тока емкостной элемент по своим свойствам эквивалентен разрыву цепи.
Мощность электрических колебаний в емкостном элементе под действием запасенной в ней энергии к любому моменту времени t определяется выражением:
, (1.14)
откуда 
. (1.15)
Так как напряжение u и ток i могут совпадать или не совпадать по направлению, то согласно (1.14) мощность p может быть как положительной, так и отрицательной.
При p > 0 емкостной элемент накапливает энергию, а при p < 0 – отдает. Энергия, запасенная в емкостном элементе к моменту t (1.15) всегда положительна.
В инженерной практике резистивный, индуктивный и емкостной элементы называют сопротивлением, индуктивностью и емкостью.
