ГЛАВА 1 ТОК В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
Электрический ток – это явление упорядоченного (направленного) перемещения заряженных частиц в проводнике под действием электрического поля.
Электрический ток может существовать только в замкнутой электрической цепи (ключ К замкнут – рисунок 1).
Рисунок 1 Ток в электрической цепи
Интенсивность направленного перемещения электрических зарядов в замкнутой электрической цепи характеризует величину тока.
Обозначается величина постоянного тока буквой I, а переменного – i(мгновенное значение). Величина тока I определяется количеством электричества (зарядов) Q, проходящего через поперечное сечение 
проводника в единицу времени t:
I=Q/t, i=dQ/dt. (1)
Измеряется ток в амперах, т.е.
[I]=[ Q/t]=Кл/с=А (2)
А (ампер) – единица измерения тока.
Постоянным называется ток, величина и направление которого не изменяется с течением времени. Постоянный ток I изображен на графике (рисунке 2)
Рисунок 2 График изображения постоянного тока
В неразветвленной электрической цепи (см. рисунок 1) ток на всех участках (во всех сечениях) цепи имеет одинаковое значение.
Энергия, затраченная на перемещение единицы положительного заряда на каком-либо участке замкнутой цепи, характеризует напряжение или падение напряжения на этом участке (внутреннем или внешнем):
UАВ=Wав/q (3)
Для замкнутой электрической цепи условие равновесия напряжений
E=U0+U (4)
где Е – источник напряжения; источник ЭДС (идеальный источник напряжения) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока в
цепи).
Таким образом, ЭДС источника (Е) можно рассматривать как сумму падений напряжения на внутреннем (U0) и на внешнем (U) участках замкнутой цепи (рисунке 3)
Рисунок 3 ЕДС и напряжение в электрической цепи
I=Uав/Rав (5)
Таким образом, ток на участке электрической цепи пропорционален сопротивлению этого участка.
Закон Ома для участка цепи позволяет определить напряжение на данном участке
UАВ=IRАВ, (6)
а также вычислить сопротивление участка электрической цепи
RАВ=Uав/I (7)
Выражения (6) и (7) являются арифметическими следствиями закона Ома, которые широко применяются для расчета
электрических цепей.
Для замкнутой электрической цепи, рисунок 4
I=E/(R_0+R) (8)
Рисунок 4 Закон Ома для замкнутой цепи
Таким образом, напряжение U на клеммах источника электрической энергии меньше, чем ЭДС источника (Е) на величину падения напряжения U0 на внутреннем сопротивлении источника.
Если воспользоваться законом Ома для участка электрической цепи, то полезную мощность можно определить следующим выражением:
Р=UI=I2 R=U^2/R (9)
Напряжение на каждом участке электрической цепи определяется отношением мощности, затраченной на этом участке, деленной на ток, проходящий по этому участку, т.е.
Uуч=Р_уч/I_уч (10)
Последовательным соединением участков электрической цепи называют соединение, при котором через все участки цепи проходит один и тот же ток (рисунок 5).
Напряжение на каждом последовательно включенном участке пропорционально величине сопротивления этого участка.
При последовательном соединении потребителей с сопротивлениями R1, R2 и R3 (рисунок 5) напряжение на их зажимах равно
U1=IR1; U2=IR2; U3=IR3 (11)
Рисунок 5 Последовательное соединение потребителей
Воспользовавшись вторым законом Кирхгофа для рассматриваемой цепи (см. рисунок 3.5), можно записать:
U=U1+U2+U3 (12)
или
U=IR1+ IR2+ IR3 (13)
Отсюда
U/I= R1+R2+R3+=R (14)
Таким образом, общее (эквивалентное) сопротивление R последовательно включенных сопротивлений (потребителей) равно сумме этих сопротивлений.
Ток в цепи последовательно включенных потребителей (рисунок 5) определяется выражением
I=U/R_(2+R_2+R_3 ) (15)
Потенциометр
Распределение напряжений, пропорциональное сопротивлениям последовательно соединенных резисторов, используется в работе потенциометра (делителя напряжения). В качестве потенциометра можно использовать реостат с подвижным контактом, включенным как показано на рисунке 6.
Рисунок 6 Схема потенциометра
Изменяя сопротивление реостата, можно плавно изменять напряжение, U2, получаемое на потребителе: от величины входного напряжения U1, подведенного к клеммам 1ı-1ıı (движок реостата в точке А), до нуля (движок реостата в точке В). Потребитель подключается к клеммам 2ı -2 ıı
Делитель напряжения может состоять из нескольких резисторов с постоянными сопротивлениями, соединенными последовательно. Напряжение при этом можно снимать с каждого резистора или группы резисторов.
Параллельное соединение потребителей
Параллельным 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 (рисунок 7). Токи параллельно включенных участков обратно пропорциональны сопротивлениям этих участков.
При параллельном соединении сопротивлений R1, R2 и R3 токи потребителей соответственно равны
I1=U/R_1 ; I2=U/R_2 ; I3=U/R_3 (16)
I=I1+I2+I3 (17)
или
I=U/R_1 +U/R_2 +U/R_3 (18)
Рисунок 7 Параллельное соединение потребителей
Воспользовавшись первым законом Кирхгофа, можно определить ток I в неразветвленной части цепи
I=I1+I2+I3 (19)
или
I=U/R_1 +U/R_2 +U/R_3 (20)
Тогда
I/U=U/R_1 +U/R_2 +U/R_3 (21)
Таким образом, обратная величина общего (эквивалентного) сопротивления R параллельно включенных потребителей равна сумме обратных величин сопротивлений этих потребителей.
При параллельном соединении потребителей на большем сопротивлении тратится меньшая мощность:
Р=UI=U^2/R (22)
Конденсатор представляет собой два проводника, разделенных диэлектриком.
Параллельное соединение конденсаторов
