Электрическая цепь постоянного тока

Постоянный ток в металлических проводниках представляет собой направленное движение свободных электронов в замкнутой цепи.

Простейшая электрическая цепь состоит из источника электрической энергии Г, приемника электрической энергии П и соединительных проводников Л1 и Л2, соединяющих источник с приемником энергии.

Источник электрической энергии преобразует механическую, химическую или другую энергию в электрическую, при этом в нем возникает эдс. В приемнике электрическая энергия преобразуется в тепловую, световую и др. виды энергии.

Источниками электрической энергии служат генераторы, аккумуляторы, гальванические элементы и др. в качестве приемников электрической энергии применяют осветительные лампы, электрические двигатели, электронагревательные приборы.

Единицей измерения силы тока I является ампер (А).

I=q/t

где q – заряд, К

t – время, сек.

Электродвижущая сила

Электрический ток во внешней цепи протекает в направлении от более высокого потенциала к более низкому (от плюса к минусу). Внутри источника тока заряды движутся от минуса к плюсу под действием э.д.с., вырабатываемой источником тока. Электродвижущей силой (Е) называется величина, численно равная энергии, получаемой внутри источника единичным электрическим зарядом.

Закон Ома

Соотношение между ЭДС., сопротивлением и силой тока в замкнутой цепи выражается законом Ома, который может быть сформулирован так: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи.

Ток протекает под действием ЭДС; чем больше ЭДС источника тока, тем больше и сила тока в замкнутой цепи. Сопротивление цепи препятствует прохождению тока, следовательно, чем больше сопротивление цепи, тем меньше сила тока.

I=E/(r+r_o) или Е=I (r+r_o)

где r – сопротивление внешней части цепи

r_o – сопротивление внутренней части цепи.

На участке цепи ток протекает от точки высокого потенциала к точке с более низким потенциалом. Разность потенциалов или напряжение на данном участке поддерживает источник тока. Закон Ома для участка цепи, который можно выразить формулой:

I = U/r

Закон Ома для участка цепи: сила тока на участке электрической цепи равна напряжению между концами этого участка, деленному на его сопротивление.

Закон Ома для замкнутой цепи: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна э.д.с. и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи

I=E/(r+r_o)

Из формулы закона Ома для замкнутой цепи:

Е = I·r +I·r_o,

где I·r – падение напряжения во внешней цепи (напряжение на зажимах источника тока U);

I·r_o – падение напряжения внутри источника тока.

U =E – I·r_o

При холостом ходе внешняя цепь разомкнута и тока в цепи нет, вследствие чего напряжение на зажимах источника тока равно его ЭДС. При замкнутой цепи напряжение не равно ЭДС, причем чем больше сила тока в цепи, тем больше напряжение отличается от ЭДС. С уменьшением сопротивления внешней цепи напряжение на зажимах источника тока также уменьшается.

Если сопротивление внешней цепи практически равно нулю, то такой режим называется коротким замыканием, при этом в цепи протекает максимальный ток, который может быть получен в цепи данного источника.

I = E/r_o