Закон Ома для полной электрической цепи - Постоянный ток - ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

3.2. Постоянный ток

3.2.5.Закон Ома для полной электрической цепи

Электрическая цепь

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

Электрическую цепь принято изображать с помощью схем (рис. 3.19), в которых элементы электрической цепи (сопротивления, источники тока, включатели, лампы, приборы и т. д.) обозначены специальными значками.

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 (рис. 3.20).

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 Аст источника тока, согласно определению ЭДС (Ɛ) равна Aст = Ɛq, где q — заряд, перемещенный ЭДС. Согласно определению тока q - It, где t — время, в течение которого переносился заряд.

Отсюда имеем:

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

Согласно закону сохранения энергии А = Q. Приравнивая (3.10) и (3.11), получим:

Закон Ома для замкнутой цепи обычно записывается в виде:

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 рис. 3.21 — против часовой стрелки.

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

В соответствии с (3.13) 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 рис. 3.21: