Подготавливаем формулы…
Основы электрического тока и законы цепи
Автор курса · Команда Небулс
Направленное движение зарядов
В проводнике свободные носители движутся хаотически, но электрическое поле добавляет небольшую направленную составляющую. Электрический ток — упорядоченное движение электрически заряженных частиц. Для устойчивого тока нужны свободные носители, поле и замкнутый путь.
За направление тока условно принимают движение положительных зарядов. В металле электроны дрейфуют в противоположную сторону. Поле устанавливается по цепи почти со скоростью распространения электромагнитного сигнала, хотя сами электроны движутся медленно.
Слева два резистора в одной цепочке, справа два резистора подключены к общей паре узлов.
Сила тока и напряжение
Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение за единицу времени:
Один ампер равен одному кулону в секунду. Постоянный ток имеет неизменные направление и силу тока. Амперметр включают последовательно, чтобы через него проходил измеряемый ток, и стремятся сделать его сопротивление малым.
Напряжение на участке цепи — работа электрического поля по переносу единичного положительного заряда между концами участка.
Вольтметр подключают параллельно участку и делают его сопротивление большим. Напряжение является той же разностью потенциалов, но в цепи оно может учитывать процессы внутри источника и на элементах.
Последовательное соединение
При последовательном соединении элементы образуют один путь без разветвлений. Через каждый проходит один и тот же ток, напряжения складываются, а эквивалентное сопротивление равно сумме:
Если один элемент разрывает цепь, ток прекращается во всех. Напряжение делится пропорционально сопротивлениям: . Это свойство используют в делителе напряжения, пока подключённая нагрузка не искажает отношение.
Параллельное соединение
При параллельном соединении начала элементов соединены в один узел, а концы — в другой. Напряжения одинаковы, токи ветвей складываются:
Эквивалентное сопротивление меньше наименьшего сопротивления ветви, потому что появляются дополнительные пути для заряда. Бытовые приборы подключают параллельно, чтобы каждый получал полное сетевое напряжение и мог работать независимо.
Законы соединений следуют из сохранения заряда в узлах и энергии. Они предполагают установившийся режим и проводники, сопротивлением которых можно пренебречь по сравнению с элементами.
Сравните две сборки в работах Изучение последовательного соединения проводников и Изучение параллельного соединения проводников. Переставляйте приборы в предусмотренных точках и по измерениям выясните, какие значения одинаковы, а какие складываются.