Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц, возникающее в проводящей среде при наличии в ней электрического поля. Основными величинами, характеризующими электрический ток, являются:
1) сила тока – величина заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника в единицу времени:
;2) разность потенциалов (напряжение) на концах проводника.
Эти величины могут быть измерены независимо друг от друга. Для любого участка простейшего проводника – металла – между этими величинами существует связь – напряжение на концах металлического проводника прямо пропорционально силе тока, проходящего через проводник (закон Ома для участка цепи):
.Коэффициент пропорциональности
называется электрическим сопротивлением (или кратко – сопротивлением). Сопротивление данного проводника зависит от его размеров и материала.
Как известно, электростатические силы не могут переместить заряд по замкнутой траектории. Значит, для постоянного прохождения тока через проводник необходим источник сил неэлектростатического происхождения, перемещающий заряды против электростатических сил. Силы неэлектростатического происхождения называются сторонними силами и могут иметь различную природу. Работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по замкнутой цепи есть характеристика источника тока и называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока. Важно понять, в чём принципиальное отличие ЭДС от разности потенциалов – разность потенциалов определяет работу электрического поля, а ЭДС – работу сторонних сил.
Если замкнутая цепь состоит из источника тока с ЭДС
, внутренним сопротивлением
и проводника с сопротивлением
, то сила тока в цепи (закон Ома для полной цепи):
.Сила тока короткого замыкания определяется из условия равенства нулю внешнего сопротивления
.
Проводники можно соединять в сложные цепи. Самыми простыми типами соединений являются:
3) последовательное, при этом общее сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений всех последовательно соединенных участков. Сила тока, протекающего по всем элементам цепи, одинакова, а общее напряжение равно сумме напряжений на каждом участке;
4) параллельное, при этом величина, равная обратному сопротивлению всей цепи, равна сумме обратных сопротивлений всех параллельно соединенных участков:
;5) при этом одинаковы напряжения на всех участках цепи, а сила тока во всей цепи находится как сумма сил токов на каждом участке.
При прохождении тока по проводнику выделяется энергия. Количество теплоты, выделившееся за время
в проводнике сопротивлением
при прохождении тока, сила которого равна
, определяется законом Джоуля–Ленца:
.При решении задач следует помнить:
6) ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока не зависят от того, что к нему подключено, и всегда постоянны;
7) сила тока, протекающего в цепи, зависит не только от характеристик источника, но и от внешнего по отношению к нему сопротивления;
8) если элементы цепи геометрически расположены параллельно, то это не значит, что они соединены параллельно в электрической цепи; критерий параллельного соединения – одинаковое на всех участках напряжение; прежде чем считать общее сопротивление цепи, нужно выяснить, какая из величин – сила тока или напряжение – на участках одинакова;
9) конденсатор в цепи постоянного тока является разрывом цепи – через участок, содержащий конденсатор, электрический ток не протекает;
10) тепловая мощность в электрической цепи выделяется в источнике (теряемая мощность
) и во внешней цепи (полезная мощность
), сумма этих величин равна полной мощности цепи
.
