Работа при перемещении электрического заряда. Движение заряженной частицы в однородном электрическом поле, вакууме; движение потока частиц; сила тока; плотность тока. Ток в металлах. Закон Ома для замкнутой цепи. Законы Кирхгофа. Виды соединения проводников, страница 20

                                                              ,                                                    (13)

где U₁ - напряжение на одном участке. Аналогично из получаем

                                                               .                                                   (14)

Отметим, что при размыкании цепи у одного из последовательно соединенных потребителей ток исчезает во всей цепи. Поэтому по­следовательное соединение на практике не всегда удобно.

Параллельное соединение потребителей энергии тока

Параллельное соединение потребителей энергии тока. Параллельное соединение потребителей изображено на рисунке 5, Отметим, что точка, в которой сходится больше двух проводников, называется узлом (В и С на рисунке 5). Все вместе параллельно соединенные проводники составляют разветвление, а каж­дый из них называется ветвью. При параллельном соединении потребителей для расчета токов, напряжений и сопротивлений поль­зуются тоже четырьмя правилами.

Рисунок 5 – Параллельное соединение

 Первое правило. При параллельном соединении напря­жения на отдельных ветвях и на всем разветвлении одинаковы:

                                                            .                                               (15)

Это правило подтверждается показаниями вольтметров. Это правило подтверждается (Объясните его, исходя из закона сохранения энергии.)

Второе правило. Ток до и после разветвления равен сумме токов в отдель­ных ветвях:

                                                           .                                                 (16)

(Объясните правило для (16), основываясь на зако­не сохранения заряда.)

Третье правило. Токи в отдельных ветвях раз­ветвления обратно пропорциональны сопротивлениям этих ветвей:

                                                       .                                            (17)

(Выведите это соотношение с помощью закона Ома и формулы (15))

Четвертое правило. Проводимость всего разветвления равна сумме проводимостей отдельных ветвей:

                                                         ,                                                (18)

или

                                                        .                                              (18а)

(Выведите это соотношение с помощью закона Ома и формулы (16).)

  Отметим, что эквивалентное сопротивление разветвления всегда меньше самого маленького из сопротивлений составляющих его ветвей. В случае, когда все ветви в разветвлении одинаковы, общий ток в цепи будет

                                                               ,                                                       (19)

 Где I₁ сила тока в одной ветви, а т – число ветвей. Эквивалентноеное сопротивление разветвления

                                                                .                                                      (20)

Если напряжение между узлами остается постоянным, то то­ки в ветвях не зависят друг от друга. Из этого следует, что в большинстве случаев на практике для потребителей удобно использовать параллельное соединение.

Закон Ома для всей цепи

Допустим, что к источнику электрической энергии с электродвижущей силой ε присоединена внешняя цепь, в которой идет ток I, а вольтметр, соединенный с полюсами источника, показывает напряжение на внешней цепи U(рисунок 6, а).

Рисунок 6 – Электрическая цепь

Вспомним, что источником электрической энергии является про­водник, поэтому ток выделяет в нем тепло. Это выделение тепла обусловлено наличием сопротивле­ния rу источника электрической энергии, которое называют внут­ренним. На основании закона сохранения энергии можно сде­лать следующее заключение.

Электродвижущая сила eчи­сленно равна энергии, полученной единичным электрическим зарядом во внутренней цепи, а напряже­ние Uравно той энергии, которую он теряет во внешней цепи. Кроме того, этот заряд теряет во внут­ренней цепи энергию Ir, которая идет на выделение тепла в источ­нике электрической энергии.