Закон Ома. Цепи

Сила тока

Электричество, традиционно, еще со времен правления Одина, начинается с закона ома. Основы основ.

Но прежде немного про электрический ток:

Электрический ток — это упорядоченное движение электронов.

Хотя один популярный канал на ютубе (и это даже не мой) выдвинул другую теорию, о том, что энергию, ту, что как раз зажигает наши лампочки, переносит вовсе не поток электронов, она распределяется вокруг провода. Но это лучше посмотреть, доля правды в этом есть, а сама теория не очень простая.

Нам повезло, нас это не касается, поэтому мы по-прежнему держимся мнения, что ток — это движение электронов. Ток напрямую связан с зарядом формулой:

Где I – это сила тока, измеряется в Амперах [А], q – заряд, в кулонах [Кл], t – время, думаю ты знаешь, в чем оно измеряется.

Сопротивление проводника

Материалы могут быть проводниками и диэлектриками. Полупроводники нас пока не интересуют. Диэлектрики – это те, которые совсем не проводят электрический ток. А вот проводники его проводят и хорошо. Но не идеально.

Сопротивление показывает, какие потери возникают в проводнике, как сильно он препятствует протеканию тока. Измеряется оно в Омах и находится по формуле:

Где ро – это удельное сопротивление проводника, величина табличная, зависит от самого материала, l – длина проводника и S – площадь поперечного сечения.

Формула частенько мелькает и в заданиях на электричество и в 23 номере про эксперименты.

Напряжение

Напряжение величина интересная, измеряется в Вольтах (смотрите на всех розетках страны), определяют ее и как работа по перемещению заряда из одной точки в другую, и как разность потенциалов между двумя точками, а потенциал это энергетическая характеристика, характеризующая потенциальную энергию заряда в данной точке, но нам на это… проще говоря, напряжение — это произведение силы тока на сопротивление:

О, я тут случайно закон Ома тебе почти написал. Только там наоборот.

Закон Ома

Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорционально сопротивлению:

Формула та же, только выражена иначе.

Соединение проводников

Теперь самое интересное, сложное и ответственное. Это то, что поможет решать электрические цепи и первой и второй части ЕГЭ: последовательное и параллельное соединение. Все соединения разберем на примере резисторов (еще бывают лампы, это на схеме кружок с крестиком, но по сути отличия нет) это электрические элементы, которые имеют заданное сопротивление. Они на схеме рисуются прямоугольниками.

Резисторы нужны для понижения силы тока, они забирают на себя часть напряжения от источника тока. Источник тока на схеме ты найдешь и без моей помощи.

Последовательное соединение проводников

Из названия следует, что проводники соединяются друг за другом. Внимательно посмотри, что при этом происходит с током, сопротивлением и напряжением на проводниках:

Внимательно подходи к решению задач, в них не будет ничего трудного, если выучить распределение и нахождение сил тока при соединении проводников.

Параллельное соединение

Часто оно кажется более сложным, но это правило работает на тех индивидах, которые смогли выучить последовательное, но их не хватило на параллельное.

Если будет соединено параллельно несколько одинаковых резисторов, их общее сопротивление находится гораздо проще:

Смешанное соединение

Само собой бывают схемы сложнее простейших, и самое просто упрощение это комбинация последовательного и параллельного соединения, которых может быть огромное количество. Например:

Если разобраться, сложного тут ничего нет, сначала определиться с параллельным соединением, если речь про сопротивление, то найти его, а потом считать что это просто очередной последовательный (крупненький) резистор соединен друг за другом с остальными.

Амперметр и вольтметр

Приборы которые измеряют… Сам догадайся что. Но включать их можно только определенным образом: вольтметр только параллельно к тому элементу, на котором ты хочешь померить напряжение, а амперметр последовательно:

Идеальный вольтметр имеет бесконечно большое сопротивление, а идеальный амперметр нулевое сопротивление. Поэтому их включить можно только так, Как показано на рисунке.

Домашнее задание: почему их включают именно так?

Полная цепь

И небольшое дополнение. Полная цепь и закон ома для полной цепи включают в рассмотрение ЭДС источника и его внутреннее сопротивление:

ЭДС (Е) – электродвижущая сила. Родственник Напряжения U, только в идеальном варианте, если бы мы померили напряжение прям внутри проводника, без всяких проводов и соединений, напряжение самого сердца (красиво сказано).

А внутреннее сопротивление обычно представляют как маленький резистор r, который последовательно присоединен к источнику тока:

И сила тока тогда находится с учетом этого сопротивления и ЭДС:

И напоследок: сила тока короткого замыкания, это сила тока проходящая через проводник, если не будет никакого внешнего сопротивления:

Опасна тем, что из-за маленького сопротивления имеет большие величины. Можешь проверить, если аккуратно засунешь вилку в розетку (делать строго в резиновых перчатках, а лучше не делать вообще, от маман влетит так, что сидеть неделю не сможешь).