7. Закон ома

Закон Ома для электрической цепи. Согласноэтомузаконусила тока I в электрической цепи равна э.д.с. Е источника, поделенной на сопротивление цепи r_ц, т. е.

I=E/r_ц

Полное сопротивление замкнутой электрической цепи (рис. 12) можно представить в виде суммы сопротивления внешней цепи R (например, какого-либо приемника электрической энергии) и внутрен­него сопротивления r₀ источника. Поэтому сила тока

I=E/(R + r₀)

Чем больше э. д. с. Е источника и чем меньше сопротивление электрической цепи, тем больший ток проходит по этой цепи.

Из этого следует, что э. д. с. источника электрической энер­гии равна произведению силы тока на полное сопротивление электрической цепи

Е= Ir_ц.

Закон Ома для участка электрической цепи. Закон Ома может быть применен не только ко всей цепи, но и к любому ее участку, на­пример, между точками а и б (см. рис. 12). В этом случае э.д.с. Е источника должна быть заменена разностью потенциалов между началом и концом рассматриваемого участка, т. е. напряжением U, а вместо сопротивления всей цепи в формулу должно быть подставлено сопротивление R данного участка. В этом случае закон Ома формулируется следующим образом. Сила тока I на данном уча­стке электрической цепи равна напряжению U, приложенному к уча­стку, поделенному на сопротивление R этого участка

I = U/R

Прохождение электрического тока по проводникам полностью аналогично прохождению воды по трубам (рис. 13). Чем больше раз­ность уровней воды при входе и выходе из трубы (напор) и чем больше поперечное сечение трубы, тем больше воды протекает сквозь трубу в единицу времени.

Точно так же, чем больше разность электрических потенциалов (напряжение) на зажимах источника или приемника электрической энергии и чем меньше его сопротивление (т. е. чем больше площадь поперечного сечения проводника), тем больший ток проходит по нему.

Из этого следует, что напряжение U, действующее на не­котором участке цепи, равно произведению силы тока I на сопротив­ление r этого участка

U = IR

Так как потенциал электрического поля в начале участка элек­трической цепи больше, чем в конце, то разность потенциалов, или на­пряжение U, приложенное к участку электрической цепи, часто на­зывают падением напряжения на данном участке.

Сопротивление R участка цепи равно напряжению, приложенному к данному участку, поделенному на силу тока на этом участке, т. е.

R = U/I

8. Использование резисторов для регулирования силы тока в электрической цепи

Резисторы и реостаты. Закон Ома наглядно показывает, что силу тока в электрической цепи можно изменять, включая в нее различ­ные сопротивления. Этим свойством широко пользуются в практике для регулирования и ограничения тока в обмотках двигателей, гене­раторов и других электрических потребителях. Электрический аппа­рат, предназначенный для включения в электрическую цепь с целью регулирования или ограничения проходящего по ней тока, называют резистором. Резисторы с регулируемым сопротивлением называют реостатами.

Р езисторы и реостаты обычно изготовляют из проволоки или лен­ты, материалом для которых служат сплавы металлов, обладающие высоким удельным сопротивлением (константан, никелин, манганин, фехраль). Это дает возможность для изготовления резисторов при­менять проволоку наименьшей длины. В электрических цепях, по которым проходят сравнительно небольшие токи (например, в цепях управления, в устройст­вах электроники и радиотех­ники), часто применяют не­проволочные резисторы, вы­полненные из графита и других материалов.

Устройство реостатов. Реостаты могут выполняться с плавным или ступенчатым изменением сопротивления. В лабораториях для управле­ния электрическими машина­ми и испытательными устрой­ствами часто используют ползунковый реостат с плавным изменением сопротивления (рис. 14, а). Такой реостат состоит из изоляционной трубки 4, на которую нави­та проволочная спираль 5. К виткам этой спирали при­касается подвижной контакт 2. Зажим 1 реостата соеди­няется с подвижным контак­том, другой зажим 3 — с од­ним из концов спирали. Перемещая подвижной контакт, можно изменять длину проволоки, расположенной между зажимами реостата, и тем самым изменять его сопротивление. Для пуска и регу­лирования электрических двигателей станков, грузоподъемных механизмов и пр. применяют ползунковый рео­стат со ступенчатым измене­нием сопротивления (рис. 14, б). Реостат состоит из ряда одинаковых сопротив­лений 9 (секций), присоеди­ненных к контактам 8. Для включения в цепь того или иного числа секций служит ползунок 7 со штурвалом 6. Для регулирования тока при пуске тяговых двигате­лей электрических лскомотивов постоянного тока применяют реостаты со ступенчатым изменением сопротивления (пусковые реостаты). Отдельные сек­ции реостата (например, а, б, в, г на рис. 15) в процессе пуска замыкаются накоротко дистанционно у правляемыми выключателями 1—5, называемыми контакторами.

На некоторых электровозах (например, электровозах ЧС) пуско­вые реостаты выполнены из чугунных литых пластин 1 особой формы, напоминающей зигзагообразно уложенную ленту. Отдельные пласти­ны собирают на изолированных шпильках и укрепляют к основанию 2 (рис. 16, а).

В последнее время пусковые реостаты электровозов и моторных ва­гонов выполняют из фехралевой ленты 4, намотанной на фарфоровые изоляторы 3 (рис. 16, б). Так же устроены и реостаты, служащие для регулирования тока возбуждения тяговых двигателей на электровозах и тепловозах. Реостаты из фехралевой ленты более прочны, более ус­тойчивы против тряски и вибраций и имеют меньшую массу, чем рео­статы, выполненные из чугунных пластин.

Схемы включения реостатов. Реостат 2 (рис. 17) может быть вклю­чен последовательно в цепь между источником 1 и приемником 4 элек­трической энергии. В этом случае при изменении сопротивления рео­стата, т. е. при перемещении подвижного контакта 3, изменяется сила тока в приемнике. Этот ток проходит только по части сопротивления реостата.

О днако реостат можно включить в цепь таким образом, чтобы ток проходил по всему его сопротивлению, а к приемнику ответвлялась только часть тока источника. В этом случае два крайних зажима 2 и 4 реостата (рис. 18) подключают к источнику 5, а один из этих за­жимов, например 4, и подвижной контакт 3 реостата — к приемнику 1.Очевидно, что при таком включении к приемнику будет подаваться напряжение U, равное падению напряжения между зажимом 4 и подвижным контактом 3 реостата. Следовательно, передвигая под­ вижной контакт реостата, можно изменять напряжение U, подводимое к приемнику, и силу тока в нем. Напряжение U представляет собой только часть напряжения U_и на зажимах источника. Реостат, вклю­ченный по схеме рис. 18, называется делителем напряжения, или по­тенциометром.