5. Послідовне з'єднання резисторів

В електричному колі може бути кілька приймачів енергії, які мають різний опір.

П рипустимо, що зовнішнє коло генератора (рис. 5) складається з трьох приймачів енергії з опорами R₁, R₂, R₃. Таке з'єднання приймачів, за якого кожен із них почергово ввімкнений в одне замкнене електричне коло, називається послідовним. Очевидно, що сила струму при цьому в усіх приймачах однакова, а опір зовнішнього кола дорівнює сумі опорів провідників. Для нашого випадку формула закону Ома має такий вигляд: I = E/(R₀ + R₁ + R₂ + R₃).

Отже, в разі наявності трьох послідовно з'єднаних провідників загальний опір кола R = R₀ + R₁ + R₂ + R₃, а опір зовнішнього кола R' = R₁ + R₂ + R₃.

Напруга на затискачах джерела енергії дорівнює напрузі, прикладеній до зовнішнього кола, тобто U = Е - ІR₀ = I (R₁ + R₂ + R₃), де IR₀ — спад напруги на внутрішньому опорі джерела енергії.

Напруга на затискачах послідовно з'єднаних приймачів енергії дорівнює добуткові сили струму на опір приймача, тобто U₁ = IR₁; U₂ = IR₂; U₃ = IR₃; U₁ + U₂ + U₃ = U.

Отже, сума напруг на послідовно з'єднаних приймачах дорівнює напрузі на затискачах джерела енергії.

Оскільки на всіх ділянках кола, що складається з послідовно з'єднаних приймачів, сила струму однакова, то напруги прямо пропорційні їхнім опорам або обернено пропорційні провідностям, тобто U₁:U₂:U₃ = R₁:R₂:R₃ = I/g₁ : I/g₂ : I/g₃.

У разі незмінної напруги сила струму залежить від опору кола. Тому зміна опору одного з послідовно приєднаних приймачів спричиняє зміну загального опору всього кола і сили струму в ньому. При цьому змінюються напруги на всіх приймачах.

Послідовне приєднання додаткових резисторів використовують на практиці для зниження напруги (пускові та регулювальні реоста­ти), а також для розширення меж вимірювання вимірювальних при­ладів, наприклад вольтметрів.

6. Перший закон кірхгофа

Для електричного кола, що складається з послідовно з'єднаних джерела та приймача енергії, співвідношення між силою струму, ЕРС та опором усього кола або між силою струму, напругою та опором на якійсь ділянці кола визначається законом Ома. Проте на практиці використовуються переважно такі кола, в яких струм від певного пункту може проходити різними шляхами і в яких, отже, є точки, де сходяться кілька провідників. Ці точки називаються вузлами (вузловими точками), а ділянки кола, що з'єднують два сусідні вузли,— відгалуженнями кола. В жодній точці замкненого електричного кола не можуть накопичуватися електричні заряди, бо це обумовило б зміну потенціалів у його точках. Тому кількість електричних зарядів, що надходять до якогось вузла за одиницю часу, дорівнює кількості зарядів, що відходять від цього вузла за ту саму одиницю часу.

П рипустимо, що у вузлі а (рис. 6) коло розгалужується на чотири відгалуження, які знову сходяться у вузлі б. Силу струму позначимо у нерозгалуженій частині кола через I, а у відгалуженнях — відповідно І₁, I₂, I₃ I₄. Між цими силами струму буде таке співвідношення І = I₁ + I₂ + І₃ + I₄.

Якщо у вузлі сходиться кілька провідників з різними напрямками струму, то в лівій частині рівності буде сума сил струмів, що підходять до вузла, а у правій — сума сил струмів, що відходять від нього. Цей вираз являє собою перший закон Кірхгофа, який можна сформулювати так: сума сил струмів, що підходять до вузла (вузлової точки) електричного кола, дорівнює сумі сил струмів, що відходять від цього вузла, або алгебраїчна сума сил струмів у вузловій точці електричного кола дорівнює нулеві, причому струми, що підходять до вузла, вважаються додатними, а ті, що відходять від нього, — від'ємними.