Рассчитывать токи, напряжения и мощности в цепях постоянного тока.
Цепь постоянного тока
Полная цепь: источник с внутренним сопротивлением и нагрузка
Ниже изложен закон Ома для полной цепи. На схеме — простейшая цепь: батарея с ЭДС ε и внутренним сопротивлением r, последовательно с ней — внешний резистор R и амперметр. Ток в цепи: I = ε / (R + r); напряжение на зажимах источника: U = ε − I·r.
Lesson notes
Постоянный ток: от закона Ома до закона Джоуля-Ленца
Сила тока I — это заряд, проходящий через проводник за единицу времени: I = q/t, единица — ампер (А). Напряжение U измеряется в вольтах (В), сопротивление R — в омах (Ом). Закон Ома для участка цепи: I = U/R. Сопротивление проводника зависит от материала, длины и сечения: R = ρ·l/S, где ρ — удельное сопротивление (Ом·м).
При последовательном соединении резисторов: R_общ = R₁ + R₂ + …, ток через все резисторы одинаков, а напряжения складываются. При параллельном соединении: 1/R_общ = 1/R₁ + 1/R₂ + …, напряжение на всех резисторах одинаково, а токи складываются. Частая ошибка — перепутать, что складывается (ток или напряжение) при каждом типе соединения.
Источник тока характеризуется ЭДС (ε) и внутренним сопротивлением r. Закон Ома для полной цепи: I = ε / (R + r), где R — внешнее сопротивление. Напряжение на зажимах источника: U = ε − I·r. Если забыть про внутреннее сопротивление, ответ будет завышен.
Работа тока: A = U·I·t = I²·R·t = U²·t/R. Мощность: P = U·I = I²·R = U²/R. Закон Джоуля-Ленца: тепловая энергия Q = I²·R·t — количество теплоты, выделяемой в проводнике с сопротивлением R за время t при токе I.