Закон Ома для полной электрической цепи в физике

Закон Ома для полной электрической цепи

Источник электрического тока, соединённый проводами с различными электроприборами и потребителями электрической энергии, образует электрическую цепь.

Рис. 97

Электрическую цепь принято изображать с помощью схем (рис. 97), в которых элементы (сопротивления, источники тока, включатели, лампы, приборы и т. д.) обозначены специальными значками.
Направление тока в цепи — направление от положительного полюса источника тока к отрицательному.
Перемещение реальных зарядов может не совпадать с условным направлением тока. Так, в металлах носителями тока являются электроны, и движутся они от отрицательного полюса к положительному, т. е. в обратном направлении. В электролитах перемещение зарядов может совпадать или быть противоположным направлению тока, в зависимости от того, положительные или отрицательные ионы являются носителями заряда.
Включение элементов в электрическую цепь может быть последовательным или параллельным.

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника тока и резистора R (рис. 98).
Закон Ома для полной цепи устанавливает связь между силой тока в цепи, ЭДС и полным сопротивлением цепи, состоящим из внешнего сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока .
Работа сторонних сил источника тока, согласно определению ЭДС равна , где — заряд, перемещённый ЭДС. Согласно определению тока , где — время, в течение которого переносился заряд. Отсюда имеем:

(3/10)
Рис. 98

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к её полному сопротивлению. Если цепь содержит несколько последовательно соединённых источников с ЭДС и т. д., то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных источников. Знак ЭДС источника определяется по отношению к направлению обхода контура, который выбирается произвольно, например, на рис. 99 — против часовой стрелки.

Рис. 99
Рис. 100

Сторонние силы внутри источника совершают при этом положительную работу. Для цепи справедливо следующее уравнение:

В соответствии с (3.13) сила тока положительна при положительной ЭДС — направление тока во внешней цепи совпадает с направлением обхода контура. Полное сопротивление цепи с несколькими источниками равно сумме внешнего и внутренних сопротивлений всех источников ЭДС, например для рис. 99:

Для параллельного соединения проводников (рис. 100) справедливы следующие соотношения:
а) электрический ток, поступающий в точку разветвления проводников (она называется также умом), равен сумме токов в каждом из элементов цепи:

б) напряжение на концах проводников, соединённых параллельно, одно и то же:

в) при параллельном соединении проводников складываются их обратные сопротивления.

г) сила тока и сопротивление в проводниках связаны соотношением:

Рис. 101

Для последовательного соединения проводников в цепи (рис. 101) справедливы следующие соотношения:
а) для общего тока :
где и — ток в проводниках 1 и 2 соответственно; т. е. при последовательном соединении проводников сила тока на отдельных участках цепи одинакова;

б) общее напряжение на концах всего рассматриваемого участка равно сумме напряжений на отдельных его участках:

в) полное сопротивление всего участка цепи равно сумме последовательно соединённых сопротивлений:

г) также справедливо соотношение:



Эта лекция взята со страницы лекций по всем темам предмета физика:

Предмет физика

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Электрическое сопротивление в физике
Электродвижущая сила в физике
Работа электрического тока. Закон Джоуля — Ленца в физике
Мощность электрического тока в физике