1.2.2 Электрическая цепь. Закон Ома

Замкнутая электрическая цепь состоит из источника электри­ческой энергии, потребителя, соединительных проводов и измери­тельных приборов (рис. 1.2). Различают внешнюю и внутреннюю части электрической цепи. К внешней части относится потребитель (П), соединительные провода (Л₁, Л₂) и измерительные приборы, к внутренней — источник тока Г.

Электрический ток может протекать только по замкнутой цепи. При размыкании ее ток прекращается. Причиной прохождения тока по цепи является разность потенциалов на ее концах или напряжение источника. Электроны во внешней цепи движутся от отри­цательного полюса источника к по­ложительному, во внутренней цепи — от положительного полюса к от­рицательному. До появления элект­ронной теории направление тока во внешней цепи принималось от положительного полюса источника к отрицательному. Эта условность сохранилась до сих пор.

Для непрерывного протекания тока во внешней цепи на полюсах источника должно постоянно существовать напряжение. Оно создается за счет процессов, происходящих внутри источника тока, или, как часто говорят, за счет электродвижущей силы.

Электродвижущая сила (ЭДС) — величина, численно равная работе, совершаемой источником электрической энергии при пере­носе единицы положительного заряда по всей замкнутой цепи. Так же как и напряжение, ЭДС измеряется в вольтах. Прибором для измерения напряжения является вольтметр.

В 1828 г. немецкий ученый Ом установил зависимость между током, сопротивлением и напряжением как для участка, так и для всей электрической цепи.

Эта зависимость носит название закона Ома и для участка цепи формулируется так: величина тока I на участке прямо про­порциональна напряжению U, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению R:

Закон Ома является одним из основных законов в электротех­нике и позволяет по двум известным величинам определить третью:

Внутренняя цепь источника тока, как и внешняя, создает со­противление току. Поэтому электродвижущая сила источника тока будет расходоваться на покрытие внешних и внутренних потерь в виде падения напряжения на сопротивлении внешней цепи и внутри источника.

Закон Ома для всей цепи формулируется так: величина тока I в замкнутой цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе Е и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи R_общ:

Полное сопротивление складывается из сопротивления внеш­ней и внутренней цепи:

где IR — падение напряжения на внешней цепи;

IRo — падение напряжения внутри источника тока;

R₁ – сопротивление внешней цепи;

R₀ – сопротивление внутренней цепи;

Потребителей электрической энергии часто называют нагруз­кой, а ток, протекающий через них, — током нагрузки. Сопротив­ление нагрузки определяет величину работы источника тока.

Очень часто начинающие изучать электротехнику считают, что увеличение нагрузки источника равнозначно увеличению сопро­тивления в его внешней цепи. Такое представление ошибочно.

Увеличить нагрузку источника — значит взять от него боль­ший ток; уменьшить нагрузку — значит взять от источника мень­ший ток.