Постоянный ток. Законы постоянного тока

Основные понятия, законы, соотношения

Сила тока. Плотность тока. Классическая электронная теория электро­проводности металлов.

Электродвижущая сила. Падение напряжения. Закон Ома для неодно­родного участка цепи в интегральной и дифференциальной форме. Работа и мощность тока. Полезная и полная мощность.

[1] т.2 §§ 24,25,26,28, 30; [2] §§ 96-100,102.

Основная задача теории постоянного тока — это расчет электрической цепи, когда задана некоторая произвольная электрическая цепь и отдельные ее параметры, например, ЭДС и сопротивление, и требуется найти силы то­ков, напряжение на некотором участке цепи, работу, мощность, коэффициент полезного действия и т.п.

Самой важной фундаментальной величиной в явлении постоянного тока служит сила тока , поэтому основная задача в теории постоянного тока заключается в нахождении токов, протекающих в цепи. Существуют различные методы решения этой задачи. В курсе «физика 1» мы рассматриваем лишь один из них.

Этот метод основан на последовательном применении закона Ома для замкнутой цепи и закона Ома для неоднородного (или однородного) участка цепи. Применение законов Ома позволяет полностью рассчитать токи в цепи с одним источником ЭДС, либо несколькими источниками ЭДС, соединенными последовательно, а также в тех случаях, когда имеются батареи, состоящие из совершенно одинаковых источников тока. В послед­нем случае такую батарею в расчетах заменяют одним эквивалентным источником тока (E _экв, r _экв).

При последовательном соединении одинаковых источников, ЭДС каждого из которых равна E, а внутреннее сопротивление равно r, пара­метры эквивалентной батареи вычисляют согласно формулам:

E_экв = NE, (7.1)

r_экв = Nr. (7.2)

При параллельном соединении одинаковых источников:

E_экв = E, (7.3)

r_экв = r/N. (7.4)

Пример 11.

Три группы из двух последовательно соединенных одина­ковых элементов соединены параллельно. ЭДС каждого элемента , внутреннее сопротивление . Полученная батарея замкнута на внешнее сопротивление . Найти силу тока во внешней цепи.

Рисунок 6 Рисунок 7

Решение.

Электрическая схема заданной цепи изображена на рисунке 6. Преобразуем эту схему в более простую. Для этого сначала заменим группу из двух последова­тельно соединенных элементов одним эквива­лентным источником с , . Три таких источника, соединенных параллельно, в свою очередь, можно заменить одним эквива­лентным источником с параметрами: , .

Получается, таким образом, очень простая эквивалентная схема (рисунок 7). Согласно закону Ома для замкнутой цепи:

.

Произведя вычисления, получим искомый ответ: .