5. Эдс. Закон Ома для участка и полной цепи. Последовательное соединение потребителей. Параллельное соединение потребителей.

Энергия W, которую затрачивает или может затратить источник на пере­мещение единицы положительного заряда Е по всей замкнутой цепи, характеризует ~ электродвижущую силу источника Е (ЭДС):

Из определения следует, что ЭДС является энергетической ха­рактеристикой источника тока, а не силовой, как можно было бы решить по названию «электродвижущая сила». Единицей измере­ния ЭДС является вольт:

Энергия, затраченная на перемещение единицы положительного заряда на каком-либо участке замкнутой цепи, характеризует на­пряжение или падение напряжения на этом участке (внутреннем или внешнем):

Для замкнутой электрической цепи условие равновесия напря­женийЕ= U₀+ U.

Таким образом, ЭДС источника (Е) можно рассматривать как сумму падений напряжения на внутреннем(U_a) и на внешнем (U) участках замкнутой цепи.

Закон Ома для участка электрической цепи устанавливает зави­симость между током, напряжением и сопротивлением на этом участке цепи.

Направленное перемещение электрических зарядов в провод­нике (т. е. электрический ток I) происходит под действием сил однородного электрического поля (рис. 2.4). Напряженность поля опре­деляется из выраженияE=UАВ/l.

гдеU_АВ=(разность ротенциалов) — напряжение на участке проводника длинойL.

Для замкнутой электрической цепи ЭДС источника, согласно можно определить выражениемE=U_Q+U=IR₀+IR = I(R₀ + R),

гдеRo — сопротивление источника;R — сопротивление потреби­теля (сопротивлением проводов пренебрегают). Из (2.10) следует, что ток в замкнутой цепи равенI = E/(R₀ +R)

Выражение является математиче­ским выражением закона Ома для замк­нутой цепи.

Из него можно определить напряжение на внешнем участке цепи, т. е. напряже­ние на клеммах источникаU между точка­ми А и В.U= Е- U₀ = Е- IR₀.

Таким образом, напряжение U на клеммах источника электри­ческой энергии меньше, чем ЭДС этого источника (Е) на величину па­дения напряжения U₀ на внутреннем сопротивлении источника.

Отсутствие нагрузки — ключ К разомкнут — соответствует ре­жиму холостого хода. При этомIRo = 0. Вольтметр(V), подклю­ченный к клеммам источника А и В (рис. 2.5), при отсутствии нагрузки (/= 0) показывает ЭДС источника Е. U=E-IRo=E-0 = E.

Если же ключ К замкнут(I≠0), то вольтметр покажет напря­жение Uна клеммах источника, которое меньше ЭДС на величи­нуUo=IRq, равную падению напряжения на внутреннем сопро­тивлении источника.

Очевидно, чем больше внутреннее сопротивление источника Ro, тем ме­ньше будет напряжение на его клем­мах при нагрузке.

Последовательным соединением участков электрической цепи называют соединение, при котором через все участки цепи проходит один и тот же ток.

Напряжение на каждом последовательно включённом участке пропорционально величине сопротивления этого участка.

При последовательном соединении потребителей с сопротивлениями R1,R2,R3 напряжение на их зажимах равно U₁=IR₁+ IR₂+ IR₃.

Воспользовавшись 2 законом Кирхгофа для рассматриваемой цепи можно записать

U=U₁+ U₂+ U₃. Или U=IR₁+ IR₂+ IR₃.Паралельным соединением участков электрической цепи называют соединение, при котором все участки цепи присоединяются к одной паре узлов, т.е. находятся под действием одного и того же напряжения. Токи параллельно включенных участков обратно пропорциональны сопротивлениям этих участков. При паралельном соединении сопротивлений R₁, R₂, R₃ токи потребителей соответственно равны I₁=U/R₁, I₂=U/R₂. Воспользовавшись первым законом Кирхгофа, Можно определить ток I в неразветвленной части цепи. I= I₁+I₂+I₃ или I=U/R₁+U/R₂+U/R₃. Тогда I/U= 1/R₁+1/R₂+1/R₃=1/R. Таким образом обратная величина общего(эквивалентного) сопротивления R параллельно включенных потребителей равнв сумме обратных величин сопротивлений этих потребителей. Величина обратная сопротивлению, определяет проводимость потребителя g. Тогда общая проводимость цепи равна g=g₁+g₂+g₃.