Последовательное и параллельное соединение проводников

Электрический ток – упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов под действием сил электрического поля или сторонних сил. В металлах носителями зарядов являются свободные электроны, в электролитах – положительные о отрицательные ионы, в полупроводниках – электроны и дырки, в газах – ионы обоих знаков и электроны. За направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц. Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени.

Условия существования постоянного электрического тока.

Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля.

Источник тока - устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. В источнике тока на заряженные частицы в замкнутой цепи действуют сторонние силы. Причины возникновения сторонних сил в различных источниках тока различны. Например в аккумуляторах и гальванических элементах сторонние силы возникают благодаря протеканию химических реакций, в генераторах электростанций они возникают при движении проводника в магнитном поле, в фотоэлементах - при действия света на электроны в металлах и полупроводниках.

Электродвижущей силой источника токаназывают отношение работы сторонних сил к величине положительного заряда, переносимого от отрицательного полюса источника тока к положительному.

Основные понятия:

Сила тока - скалярная физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через проводник, ко времени, за которое этот заряд прошел.

где I- сила тока, q - величина заряда (количество электричества), t- время прохождения заряда.

Сила тока зависит от элементарного заряда частицы, концентрации частиц, скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.

Плотность тока - векторная физическая величина, равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника.

где j-плотность тока, S- площадь сечения проводника.

Направление вектора плотности тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.

Напряжение - скалярная физическая величина, равная отношению полной работе кулоновских и сторонних сил при перемещении положительного заряда на участке к значению этого заряда.

где A- полная работа сторонних и кулоновских сил, q- электрический заряд.

Электрическое сопротивление - физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи.

где ρ - удельное сопротивление проводника,L - длина участка проводника, S - площадь поперечного сечения проводника.

Сопротивление проводника можно изменять с помощью прибора управления током – реостата. Реостат включается в цепь последовательно, поэтому при изменении его сопротивления изменяется сила тока в цепи.

С помощью этого же прибора управления можно изменить напряжение на участке цепи – в этом случае он называется потенциометром или делителем напряжения. Потенциометр включается в цепь параллельно тому участку, на котором надо изменить напряжение.

Законы Ома

Проводники, для которых выполняется закон Ома, называются реостатами. Все металлические проводники – резисторы. Вольтамперной характеристикой резистора, т.е. графиком зависимости силы тока в резисторе от приложения к нему напряжения, является прямая линия.

Закон Ома для однородного участка цепи

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении.

где U- напряжение на участке, R - сопротивление участка.

Закон Ома для полной цепи.

Сила тока в полной цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участка цепи.

где R- электрическое сопротивление внешнего участка цепи, r - электрическое сопротивление внутреннего участка цепи.

В случае соединенных последовательно одинаковых N источников тока

В случае соединенных параллельно одинаковых N источников тока

Короткое замыкание

Из закона Ома для полной цепи следует, что сила тока в цепи с заданным источником тока зависит только от сопротивления внешней цепи R.

Если к полюсам источника тока подсоединить проводник с сопротивлением R<< r, то тогда только ЭДС источника тока и его сопротивление будут определять значение силы тока в цепи. Такое значение силы тока будет являться предельным для данного источника тока и называется током короткого замыкания.

Последовательное и параллельное соединение проводников

Электрическая цепь включает в себя источника тока и проводники (потребители, резисторы и др), которые могут соединятся последовательно или параллельно.

При последовательном соединении конец предыдущего проводника соединяется с началом следующего. Во всех последовательно соединенных проводниках сила тока одинакова: I₁= I₂=I Сопротивление всего участка равно сумме сопротивлений всех отдельно взятых проводников: R = R₁+ R₂ Падение напряжения на всем участке равно сумме паданий напряжений на всех отдельно взятых проводниках: U= U₁ +U₂ Напряжения на последовательно соединенных проводниках пропорциональны их сопротивлениям.

При параллельном соединении проводники подсоединяются к одним и тем же точкам цепи. Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме токов, текущих в каждом проводнике: I = I₁+ I₂ Величина, обратная сопротивлению разветвленного участка, равна сумме обратных величин обратных сопротивлениям каждого отдельно взятого проводника:

Падение напряжения во всех проводниках одинаково: U= U₁ = U₂ Силы тока в проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям

Смешанное соединение - комбинация параллельного и последовательного соединений.

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 302; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!