1.2Закон Ома для участка линейной электрической цепи постоянного тока

Зависимость тока, протекающего по проводнику, от напряжения на этом проводнике называют вольт-амперной характеристикой (ВАХ). По оси абсцисс обычно откладывают напряжение, а по оси ординат – ток.

Для многих проводников, в особенности для металлов, ВАХ особенно проста – сила тока пропорциональна приложенному напряжению:

(1.7)

Данное выражение является математической записью закона Ома для участка цепи. Коэффициент пропорциональности , входящий в закон Ома, носит название резистивного (активного, омического) сопротивления или просто – сопротивления.

Единицей измерения электрического сопротивления является ом: . Иногда вместо записи закона Ома в виде ( 1 .7), применяют другую:

, (1.8)

где

, (1.9)

– электрическая проводимость. Единицей электрической проводимости является сименс: .

Условное графическое обозначение участка электрической цепи, обладающего сопротивлением (резистора), представлено на рисунке 1 .4.

Рисунок 1.4 – Условное графическое обозначение резистора, обладающего сопротивлением

Электропроводность и сопротивление зависят от рода вещества проводника, от его геометрических размеров и формы, а также от состояния проводника. Так, сопротивление металлического проводника определяется по формуле

, (1.10)

где – длина проводника, – площадь его поперечного сечения. Коэффициент пропорциональности зависит от рода вещества и его состояния и называется удельным сопротивлением данного вещества.

Сопротивления, вольт-амперные характеристики которых являются прямыми линиями, называются линейными сопротивлениями.

Электрические цепи, содержащие только линейные сопротивления, называются линейными электрическими цепями.

1.3Идеальные и реальные источники электрической энергии. Закон Ома для полной цепи

Источник электрической энергии характеризуется ЭДС и внутренним сопротивлением . Источник электрической энергии, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока ) и равно ЭДС , а внутреннее сопротивление равно нулю, называется идеальным источником ЭДС.

Направление стрелки на условном графическом обозначении (УГО) идеального источника ЭДС (см. рисунок 1 .5) указывает направление ЭДС (направление возрастания потенциала внутри источника).

Рисунок 1.5 – Условное графическое обозначение идеального источника ЭДС

Внутреннее сопротивление реального источника ЭДС отлично от нуля (хотя и весьма мало). Для изображения реального источника ЭДС на электрических схемах его внутреннее сопротивление изображают отдельно так, как это показано на рисунке 1 .6.

Рисунок 1.6 – Условное графическое обозначение реального источника ЭДС

Поскольку направление тока всегда направлено от точки с большим потенциалом, к точке с меньшим потенциалом, то очевидно, что потенциал точки больше потенциала точки . Иными словами, на внутреннем сопротивлении реального источника ЭДС возникает разность потенциалов – электрическое напряжение. В этом случае говорят, что ток, проходя по резистору, создает на нем падение напряжения. Поэтому напряжение между точками и равно не (как это было бы в случае идеального источника ЭДС), а некоторому значению . Причем .

Для цепей, содержащих реальный источник ЭДС, имеет место равенство

, (1.11)

являющееся математическим выражением закона Ома для полной цепи (цепи с реальным источником ЭДС).

Выражение, стоящее в знаменателе выражения ( 1 .11), т.е. сумма сопротивлений источника и потребителя называется полным сопротивлением цепи.

Источник электрической энергии, который создает ток , не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединен, и имеющий и , называется идеальным источником тока.

Направление стрелок на УГО идеального источника тока (см. рисунок 1 .7) указывает направление тока через источник.

Рисунок 1.7 – Условное графическое обозначение идеального источника тока

Внутреннее сопротивление реального источника тока конечно (хотя и весьма велико). Для изображения реального источника тока на электрических схемах его внутреннее сопротивление изображают отдельно так, как это показано на рисунке 1 .8.

Рисунок 1.8 – Условное графическое обозначение реального источника тока

Для реального источника тока справедливо выражение , где  – сила тока через внутреннее сопротивление источника.

Электрические цепи подразделяют на неразветвленные и разветвленные. На рисунке 1 .6 представлена схема простейшей неразветвленной цепи. Во всех элементах ее течет один и тот же ток. Простейшая разветвленная цепь изображена на рисунке 1 .8; в ней имеются две ветви и 2 узла. В каждой ветви течет свой ток.

Ветвь – участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами (через которые течет одинаковый ток) и заключенный между двумя узлами.

Узел – это точка цепи, в которой сходятся не менее трех ветвей.

При обходе по соединенным в узлах ветвям можно получить замкнутый контур электрической цепи; каждый контур представляет собой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, при этом каждый узел в рассматриваемом контуре встречается не более одного раза.