Изучение законов ома для цепей постоянного тока
Цель работы: изучение закона Ома для участков цепи, содержащих и не содержащих ЭДС, а также для замкнутой цепи.
Приборы и принадлежности: установка для данной работы.
Краткая теория
Обобщённый закон Ома.
Рассмотрим участок электрической цепи, изображенный на рис.1.
Подчеркнём, что нами выбран участок из некоторой произвольной электрической цепи. В ней могут быть другие ЭДС, не входящие в выделенный участок, под действием которых ток по данному участку может течь и навстречу данной ЭДС Е.
Примечание. 1) На рис.1 вертикальными линиями показано изображение источника тока, имеющего характеристики: ЭДС E и внутреннее сопротивление r. Часто вместо слов источник тока говорят: ЭДС. 2)Терминология: участок цепи, содержащий ЭДС и сопротивление R называется неоднородным, а содержащий только сопротивление R – однородным.
Найдем взаимосвязь между величинами I, Е, 1, 2, 3 для рассматриваемого участка. Обозначим общее сопротивление между точками 1-3 через R0: R0=R+r, где R-сопротивление внешнего участка цепи, r- внутреннее сопротивление источника ЭДС.
Выразим потенциал точки I через потенциал точки 3.
При перемещении от точки 3 к точке 2 идем встречно эдс, поэтому потенциал точки 2 оказывается ниже (меньше), чем потенциал точки 3 на величину эдс е , т.Е.
2=3 - Е.
Так как на участке без ЭДС ток течет от более высокого потенциала к более низкому, то потенциал точки 1 выше, чем потенциал точки 2, на величину напряжения в сопротивлении R0 : 1=2 + IR0.
Таким образом, имеем: 1=3 - Е+IR0 или IR0=1- 3+Е, откуда
(1)
Запомнить
!
Если ЭДС Е направлена встречно току, текущему по данному участку, то в формуле (1) ее надо взять со знаком минус.
За направление ЭДС принято направление от «-» к «+» (внутри ЭДС).
Выражение (1) является наиболее общей формой закона Ома, из которой следуют известные частные случаи:
1. Если участок цепи не содержит ЭДС: Е=0, r=0, тогда из формулы (1) имеем
IR=1-2=U12
U , откуда
I=
Это закон Ома для однородного участка цепи, т.е. участка
цепи, содержащего только сопротивление R.
2. Замкнем точки 1 и 3, тогда 1=3 и формула (1) будет иметь вид:
IR0=
I(R+r)=Е или
I=
.
Это закон Ома для замкнутой цепи с источником тока.
3. Если внешняя цепь разомкнута (т.е. I=0), то 1=2 и 2 -3=Е.
Таким образом, разность потенциалов на концах разомкнутого источника тока равна ЭДС.
Говоря о напряжении, необходимо рассматривать два случая :
1.Напряжение на участке цепи равно разности потенциалов на концах этого участка лишь тогда, когда в нем нет источника тока, т.е.
U12=1-2=IR
Иногда величину называют U12 падением напряжения (т.к. 12).
В общем случае, если участок цепи содержит ЭДС, то напряжение на этом участке выражается формулой :
U13=1-3 E.
Полезно иметь в виду, что U13 = U31.