Постоянный электрический ток и закон Ома для участка цепи

Постоянный электрический ток и закон Ома для участка цепи

Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц. В металлах ток создают свободные электроны. Постоянным называют ток, сила и направление которого не меняются со временем. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.

Сила тока и напряжение

Сила тока — заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за единицу времени: I = q / t. Измеряется в амперах (А). Напряжение на участке равно работе поля по перемещению единичного заряда: U = A / q.

Закон Ома для участка цепи

Сила тока на однородном участке прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению:

I = U / R.

Сопротивление R измеряется в омах (Ом) и для проводника равно R = ро · L / S, где ро — удельное сопротивление материала, L — длина, S — площадь сечения.

Соединение	Сопротивление	Ток / напряжение
Последовательное	R = R_1 + R_2	ток I одинаков
Параллельное	1/R = 1/R_1 + 1/R_2	напряжение U одинаково

Условия существования тока

Для существования постоянного тока нужны три условия: наличие свободных заряженных частиц, замкнутая цепь и источник, поддерживающий разность потенциалов. Без источника поле быстро выровняло бы потенциалы и ток прекратился. Действие тока проявляется в тепловом, магнитном и химическом эффектах.

Вольт-амперная характеристика

Зависимость силы тока от напряжения называют вольт-амперной характеристикой. Для металлического проводника при постоянной температуре она линейна — это и есть выполнение закона Ома. У лампы накаливания характеристика нелинейна: при нагреве нити её сопротивление растёт, и график искривляется.

Разобранный пример

Дано: U = 12 В, R_1 = 4 Ом, R_2 = 2 Ом (последовательно). Общее сопротивление: R = R_1 + R_2 = 6 Ом. Сила тока: I = U/R = 12 / 6 = 2 А. Напряжение на R_1: U_1 = I·R_1 = 2·4 = 8 В. Ответ: I = 2 А, U_1 = 8 В.

Если те же резисторы соединить параллельно: 1/R = 1/4 + 1/2 = 3/4, откуда R ≈ 1,33 Ом, что меньше любого из сопротивлений. Тогда I = 12 / 1,33 ≈ 9 А.

Частые ошибки. При последовательном соединении одинаков ток, а напряжения складываются; при параллельном одинаково напряжение, а токи складываются. Сопротивление параллельного участка всегда меньше наименьшего из сопротивлений. Удельное сопротивление зависит от температуры.

Кратко о главном

• Сила тока I = q / t (амперы), напряжение U = A / q (вольты).
• Закон Ома для участка: I = U / R.
• Сопротивление проводника R = ро·L / S.
• Последовательно: ток общий, R = R_1 + R_2; параллельно: напряжение общее, 1/R = 1/R_1 + 1/R_2.