Электрическая цепь.

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

Электрическую цепь принято изображать с помощью схем, в которых элементы электрической цепи (сопротивления, источники тока, включатели, лампы, при­боры и т. д.) обозначены специальными значками.

 

Закон Ома для полной электрической цепи

 

Направление тока в цепи — это направление от положи­тельного полюса источника тока к отрицательному. Это пра­вило было установлено в XIX в. и с тех пор соблюдается. Перемещение реальных зарядов может не совпадать с ус­ловным направлением тока. Так, в металлах носителями тока являются отрицательно заряжен­ные электроны, и движутся они от отрицательного полюса к положительному, т. е. в обратном направлении. В электролитах реальное перемещение зарядов может совпадать или быть противоположным направлению тока, в зависимости от того, какие ионы являются носителями заря­да — положительные или отрицательные.

Включение элементов в электрическую цепь может быть последовательным или параллельным.

 

Закон Ома для полной цепи.

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника тока и ре­зистора R.

 

Закон Ома для полной электрической цепи

 

Закон Ома для полной цепи устанавливает связь между силой тока в цепи, ЭДС и полным сопротивлением цепи, состоя­щим из внешнего сопротивления R и внутреннего сопротивления источ­ника тока r.

Работа сторонних сил Aст источника тока, согласно определению ЭДС (ɛ) равна Aст = ɛq, где qзаряд, перемещенный ЭДС. Согласно определе­нию тока q = It, где t — время, в течение которого переносился заряд. Отсюда имеем:

 

Aст = ɛIt.

 

Тепло, выделяемое при совершении работы в цепи, согласно закону Джоуля — Ленца, равно:

 

Q = I2Rt + I2rt.

 

Согласно закону сохранения энергии А = Q. Приравнивая (Aст = ɛIt) и (Q = I2Rt + I2rt), получим:

 

ɛ = IR + Ir.

 

Закон Ома для замкнутой цепи обычно записывается в виде:

 

Закон Ома для полной электрической цепи.

 

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Если цепь содержит несколько последовательно соединенных ис­точников с ЭДС ɛ1, ɛ2, ɛ3 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 рисунке ниже — против часовой стрелки.

 

Закон Ома для полной электрической цепи

 

Сторонние силы внутри источника совершают при этом по­ложительную работу. И наоборот, для цепи справедливо следующее уравнение:

 

ɛ = ɛ1 + ɛ2 + ɛ3 = | ɛ1| - | ɛ2| -| ɛ3| .

 

В соответствии с Закон Ома для полной электрической цепи 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 рисунка выше:

 

Rn = R + r1 + r2 + r3.