Закон ома. Соединение резисторов

Зависимость между величинами, характеризующими электрическую цепь, т. е. между э.д.с, током и сопротивлением, устанавливается законом Ома. Этот закон формулируется так: ток в замкнутой неразветвленной цепи прямо пропорционален электродвижущей силе и обратно пропорционален сопротивлению цепи

,

где I — ток, А;

Е - э. д. с. источника электрической энергии, В;

R- сопротивление внешнего участка цепи, Ом; r — сопротивление внутреннего участка цепи, Ом.

Эта формула может быть представлена и в таком виде: E=I (R+r)=IR+Ir, т. е. электродвижущая сила, создаваемая ис­точником электрической энергии, равна току, умноженному на об­щее сопротивление цепи, и складывается из двух слагаемых, из которых первое слагаемое IR представляет собой разность потенциалов на зажимах внешнего сопротивления (называется на­пряжением на зажимах внешней цепи) и обозна­чается через с7, а второе слагаемое 1г носит название падения напряжения на внутреннем участке цепи.

Для внешней цепи и для отдельных ее участков закон Ома обычно представляют в следующем виде: I=U/R, т. е. ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению данного участка цепи.

Различные резисторы в электрическую цепь можно включить последовательно, параллельно и смешанным способом (рис. 156).

Последовательным соединением резисторов называют такое соединение, когда конец одного резистора сое­диняют с началом второго, конец второго — с началом третьего и так далее, а конец последнего и начало первого резистора подклю­чаются к зажимам источника тока (рис. 156, а). Основным свойст­вом последовательного соединения является то, что при таком соединении сила тока во всех резисторах внешней и вну­тренней цепи одинакова и согласно закону Ома U=I x (R1+R2+R3+R4+...)

Общее сопротивление последовательной цепи равно сумме всех соединенных резисторов, т. е. R = R1+R2+Rз+R4+...

Напряжение на зажимах источника тока при последователь­но соединенных резисторах равно произведению тока на соп­ротивление внешнего участка цепи. Обозначив через U1 U2 U3 U4 напряжения на концах каждого резистора, получим: U1 =IR1 U₂=IR2 U3 = IR3; U₄ = IR₄ а следовательно, U= u₁+u₂+u₃+u₄.

Напряжение на полюсах источника тока при последователь­ном соединении резисторов равно сумме напряжений на от­дельных участках цепи.

Параллельным соединением резисторов называется такое соединение, при котором -начала всех резисторов соединяются в один общий узел, а концы — в другой. При этом зажимы источника тока включаются к узлам цепи А и В (рис. 156, б).

Если напряжение между точками А и В равно U, то такое же напряжение будет между началом и концом каждого резистора. Тогда для каждого участка цепи по закону Ома можно за­писать:

= или

т. е. при параллельно соединенных резисторах ток будет больше там, где меньше сопротивление.

Основным свойством параллельного соединения является то, что в каждом разветвлении цепи устанавливается свой ток, обрат­но пропорциональный сопротивлению данного участка цепи.

В точке В ток разветвляется в нескольких направлениях (на несколько ветвей), а в сумме он равен I. Поэтому при парал­лельном соединении нескольких резисторов ток, подведенный к этим резисторам, равен сумме токов во всех резисторах;

Для определения общего сопротивления параллельной цепи пользуются следующим соотношением: общая проводимость (обратная величина сопротивления) параллельной цепи равна сумме проводимостей отдельных разветвлении цепи, т. е.

1/R= 1/R1 +1/R2 +1/R3 +!/R4 …

Если в электрической цепи часть резисторов включена последовательно, а часть.параллельно, то такое соединение называется смешанным. На рис. 156, в резисторы R1 и R2 соединены после­довательно, а R₃ и R4— параллельно.

РАБОТА И МОЩНОСТЬ ТОКА

Работа А, совершаемая током, определяется произведением напряжения U на концах участка цепи на количество электричества Q, проходящего через этот участок, т. е.

А = UQ = UIt,

где А — работа, Дж;

Q — количество электричества, Кл; t — время прохождения тока, с. За единицу работы принят джоуль, равный произведению напряжения в вольтах на ток в амперах и на время в секундах (1 Дж=1Вх1Ах1с).

Как известно, мощность Р — это работа, совершенная в одну секунду, поэтому

т. е. для определения электрической мощности на участке цепи необходимо напряжение на зажимах цепи в вольтах умножить на ток в амперах на этом же участке цепи.

За единицу мощности принят ватт (сокращенно Вт) - мощность, которую развивает ток в 1 ампер при напряжении в 1 вольт (1Вт=1В х 1А). В технической документации мощность обычно выражают в киловаттах (кВт); 1 кВт = 1000 Вт.

ЗАКОН ДЖОУЛЯ — ЛЕНЦА

В проводниках, по которым проходит электрический ток, выделяется тепло. Русский ученый Ленц и английский ученый Джоуль независимо друг от друга установили, что количество теплоты, выделяемой в проводнике при прохождении по нему электрического тока, выражается формулой

Q=A = UIt=PRt Дж.

Соотношение, выраженное этой формулой, называется законом Джоуля—Ленца: количество тепла, выделяемого в проводнике током, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Тепловое действие тока широко применяется в технике. Так, на тепловом действии тока основано устройство многих электрических приборов и устройств, таких, как электронагревательные приборы н печи, лампы накаливания и дуговые лампы, электрические паяльники, плавкие предохранители, измерительные приборы. Тепловое действие тока учитывают и при расчете электрических цепей.

Контрольные вопросы

1. Что такое электротехника?

2. Для каких целей электрическая энергия применяется на судах^?

3. В чем суть электронной теории строения вещества?

4. Что Вы понимаете под электрическим током?

5. Что такое потенциал, напряжение и э. д. с?

t5. Что понимается под силой тока?

7. Что называется электрической цепью и электрическим сопротивлением? В чем смысл закона Ома?

9. Какие способы соединения в электрическую цепь Вы знаете?

10. Что понимают под работой и мощностью тока и в каких единицах она измеряются?

11. В чем смысл закона Джоуля — Ленца?

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ