Метод преобразования схемы

Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис. 1. Пусть известны величины сопротивлений резисторов r₁, r₂, r₃, r₄, r₅, r₆, э. д. с. Е и ее внутреннее сопротивление r ₀. Требуется определить токи во всех участках цепи и напряжение, которое покажет вольтметр (сопротивление его бесконечно велико), включенный между точками схемы а и d.

Такие задачи решаются методом свертывания схемы, по которому отдельные участки схемы упрощают и постепенным преобразованием приводят схему к одному эквивалентному (входному) сопротивлению относительно зажимов источника питания. Схема упрощается с помощью замены группы последовательно или параллельно сое­диненных сопротивлений одним эквивалентным сопротивлением. Так, сопротивления r₄ и r₅ соединены последовательно и их эквивалент­ное сопротивление

Сопротивления r₄₅ и r₆ соединены параллельно и, следовательно, их эквивалентное сопротивление

Рис. 1 Рис. 2

После произведенных преобразований цепь принимает вид, по­казанный на рис. 2, а эквивалентное сопротивление всей цепи най­дем из уравнения

.

Ток I₁ в неразветвленной части схемы определим по закону Ома:

I₁ = E/r_экв.

Воспользовавшись схемой на рис. 2, найдем токи I₂ и I₃:

Переходя к рис. 1, определим токи I₄, I₅ и I₆ по аналогичным уравнениям:

Зная ток I₁ можно найти ток I₂ другим способом. Согласно второму закону Кирхгофа, U_аb = Е - (r₀ + r₁) I₁, тогда

I₂ = U_аb / r ₂.

Показание вольтметра можно определить, составив уравнение по второму закону Кирхгофа, например, для контура acda:

r₃ I₃ + r₄ I₄ = U_аd.

Для проверки решения можно воспользоваться первым законом Кирхгофа и уравнением баланса мощностей, которые для схемы, изображенной на рис. 1, примут вид

I₁ = I₂ + I₃; I₃ = I₄ + I₆;

E•I₁ = (r₀ + r₁)I₁² + r₂I₂² + r₃I₃² + (r₄ + r₅)I₄² + r₆I₆².