Электрические цепи, их расчёт.
Проводники в электрических цепях могут соединяться последовательно и параллельно.
При последовательном соединении проводников (рис. 1.9.1) сила тока во всех проводниках одинакова:
| I1 = I2 = I. |
|
|
| Рисунок 1.9.1.
Последовательное соединение проводников
|
По закону Ома, напряжения U1 и U2 на проводниках равны
| U1 = IR1, U2 = IR2. |
Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U1 и U2:
| U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR, |
где R – электрическое сопротивление всей цепи. Отсюда следует:
|
При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.
Этот результат справедлив для любого числа последовательно соединенных проводников.
При параллельном соединении (рис. 1.9.2) напряжения U1 и U2 на обоих проводниках одинаковы:
| U1 = U2 = U. |
Сумма токов I1 + I2, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи:
| I = I1 + I2. |
Этот результат следует из того, что в точках разветвления токов (узлы A и B) в цепи постоянного тока не могут накапливаться заряды. Например, к узлу A за время Δt подтекает заряд IΔt, а утекает от узла за то же время заряд I1Δt + I2Δt. Следовательно, I = I1 + I2.
|
|
| Рисунок 1.9.2.
Параллельное соединение проводников
|
Записывая на основании закона Ома
 |
где R – электрическое сопротивление всей цепи, получим
|
При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.
Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников.
Законы Кирхгофа.
В узлах цепи постоянного тока не может происходить накопление зарядов. Отсюда следует первое правило Кирхгофа:
Алгебраическая сумма сил токов для каждого узла в разветвленной цепи равна нулю:
|
Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения электрического заряда.
Второе правило Кирхгофа является следствием обобщенного закона Ома.
Второе правило Кирхгофа можно сформулировать так: алгебраическая сумма произведений сопротивления каждого из участков любого замкнутого контура разветвленной цепи постоянного тока на силу тока на этом участке равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура.
Первое и второе правила Кирхгофа, записанные для всех независимых узлов и контуров разветвленной цепи, дают в совокупности необходимое и достаточное число алгебраических уравнений для расчета значений напряжений и сил токов в электрической цепи.
