Закон Ома для однородного участка цепи

Однородный участок электрической цепи – участок, на котором работу по перемещению заряда совершают только электростатические силы.

Для однородного участка электрической цепи в первой половине XIX века немецкий физик Г. Ом экспериментально установил связь между основными характеристиками электрического тока. Результат исследования известен как закон Ома: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его электрическому сопротивлению.

Электродвижущая сила

Электростатические силы являются потенциальными и не могут совершать ненулевую работу по перемещению заряда вдоль замкнутого контура. Работу по перемещению заряда в замкнутых электрических цепях осуществляют сторонние силы источника тока.

Сторонние силы – силы неэлектростатической природы. Для описания работы сторонних сил по перемещению заряда введена физическая величина ЭДС.

Электродвижущая сила (ЭДС) – отношение работы сторонних сил по перемещению заряда вдоль замкнутого контура к величине этого заряда.

Электродвижущая сила является характеристикой источников тока. Для их описания так же используют внутреннее сопротивление источника тока – электрическое сопротивление источника. Внутреннее сопротивление источника обозначают r.

Закон Ома для полной электрической цепи

Полная электрическая цепь – замкнутая электрическая цепь, содержащая источник тока.

Полное сопротивление цепи – сумма электрического сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника тока.

Для полной электрической цепи закон Ома формулируется следующим образом: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

Закон Ома для полной цепи позволяет рассчитывать силу тока в простейшей электрической цепи (источник тока и резистор). Для расчёта цепей любой сложности применяют правила Кирхгофа.

Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма сил токов для любого узла равна нулю.

I₁ + I₂ + ... + I_n = 0.

Узел – точка, где сходятся три или более ветви электрической цепи. Ток, втекающий в узел, обычно считается положительным, вытекающий из узла – отрицательным.

Второе правило Кирхгофа: в любом замкнутом контуре алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжения на отдельных участках контура.

ε₁ + ε₂ + ... + ε_n = U₁ + U₂ + ... + U_k

или

ε₁ + ε₂ + ... + ε_n = I₁R₁ + I₂R₂ + ... + I_kR_k.

ЭДС считается положительной, если выбранное направление обхода контура совпадает с направлением от отрицательного полюса источника к положительному. В противоположном случае – отрицательной. Сила тока считается положительной, если выбранное направление обхода контура совпадает с направлением тока. В противоположном случае – отрицательной.

Параллельное и последовательное соединение проводников Последовательное соединение проводников

В электрических цепях участки могут соединяться последовательно и параллельно.

П оследовательное соединение – соединение, при котором конец первого участка электрической цепи объединяется с началом второго участка.

Закон токов: при последовательном соединении сила тока в каждом участке цепи одинакова и равна общей силе тока в цепи.

Закон напряжений: при последовательном соединении общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных участках цепи.

Закон сопротивлений: при последовательном соединении общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений каждого участка цепи.

При последовательном подключении к цепи ещё одного участка её сопротивление возрастает. Если сопротивления участков одинаковы, то общее сопротивление: