2-2. Свойство взаимности
Пользуясь методом контурных токов, установим еще одно важное свойство линейных электрических цепей — свойство взаимности или, как его иногда называют, принцип взаимности.
Сущность этого свойства заключается в следующем. Пусть в схеме произвольной конфигурации единственный источник
действует в ветви с сопротивлением
в направлении от точки b к точке а (рис. 2-3, а) и создает в ветви с сопротивлением
ток I, направленный от точки d к точке с.
Рис. 2-3.
Тогда такой же единственный источник
включенный в ветвь с сопротивлением
и действующий в направлении от d к с (рис. 2-3, б), создаст в ветви с сопротивлением
ток
направленный от b к а и равный току
На рис. 2-3, а изображены ветви
с сопротивлениями
а остальная часть схемы, не содержащая источников энергии, условно показана в виде прямоугольника с буквой П (пассивная).
Для доказательства свойства взаимности обратимся к выражению (1-59), определяющему ток в любом контуре. Пусть ветвь
является частью контура
а ветвь ab входит в состав другого контура q (рис. 2-3, а) и, как указано, других источников э. д. с., кроме
эта цепь не содержит. Контуры выберем так, чтобы ветви
вошли каждая в один контур, соответственно q и
Тогда ток
в контуре
равный току ветви
определится выражением
Если источник
переставить в ветвь
контура I (рис. 2-3, б), то после этого ток
в контуре q, т. е. ток в ветви
определится выражением
Алгебраическое дополнение вида
получается из определителя
путем вычеркивания в нем столбца
и строки q и умножения получаемого определителя на
, а алгебраическое дополнение вида
вычеркиванием столбца q и строки
и умножением получаемого определителя на
Так как в контурных уравнениях общие сопротивления
равны друг другу, т. е.
и т. д., то и
(отличаются только тем, что строки
являются столбцами
и наоборот). Следовательно, при равенстве
токи в ветвях cd (рис. 2-3, а) и ab (рис. 2-3, б) равны друг другу.
Отметим, что свойство взаимности справедливо не только для токов, но и для напряжений, и его можно также обосновать, пользуясь законами Кирхгофа или методом узловых потенциалов.