Постоянный ток

Главное по теме

• Сила тока: I = q / t, единица ампер (А). Ток направлен от плюса к минусу (условное направление), электроны движутся навстречу.
• Закон Ома для участка цепи: I = U / R. Сопротивление измеряется в омах (Ом), напряжение в вольтах (В).
• Сопротивление проводника: R = ρ · l / S. Чем длиннее и тоньше проводник, тем больше сопротивление. ρ - удельное сопротивление вещества.
• Последовательно: ток один, напряжения и сопротивления складываются: R = R₁ + R₂. Параллельно: напряжение одно, токи складываются, 1R = 1R₁ + 1R₂.
• Закон Ома для полной цепи: I = ε / (R + r), где ε - ЭДС источника, r - его внутреннее сопротивление.
• Работа тока: A = U·I·t. Мощность: P = U·I = I²·R = U² / R. Единицы: джоуль, ватт.
• Закон Джоуля-Ленца: Q = I²·R·t - количество теплоты, которое выделяется в проводнике.
• КПД источника: η = RR + r = U / ε. Ток короткого замыкания: I = ε / r.
• Энергию дома считают в киловатт-часах: 1 кВт·ч = 3,6·10⁶ Дж. Время и приставки (мА, кВт) переводи в основные единицы.

Задания с разбором

Где теряют баллы

• Постоянный ток: закон Ома, соединения, работа и мощность тока

  Ловушка: При параллельном соединении складывают сопротивления; забывают внутреннее сопротивление источника.

  Как решать: Последовательно: R = R₁ + R₂, ток один. Параллельно: 1R = 1R₁ + 1R₂, напряжение одно. Полная цепь: I = ε/(R + r).

Объяснение простыми словами

Представь воду в трубе. Если насос даёт сильный напор, вода течёт быстро. Если труба узкая, поток слабее. С электричеством то же самое. Напряжение U это «напор», который создаёт источник. Сила тока I это «поток», то есть сколько заряда проходит за секунду. Сопротивление R это «узость трубы», то, что мешает току. Постоянным называют ток, который не меняет ни величину, ни направление. Для него существуют несколько простых законов, и вся тема на них держится.

Начнём с силы тока. Она показывает, какой заряд q проходит через сечение провода за время t: I = q / t. Единица ампер (А): 1 А это 1 Кл за 1 с. Условное направление тока от плюса источника к минусу, хотя в металлах реально движутся электроны, и они идут в обратную сторону. Это частая ловушка в вопросах про направление. Например, если за 20 с через лампу прошёл заряд 40 Кл, то сила тока I = 40 / 20 = 2 А. Если дана сила тока в миллиамперах, переведи: 1 мА = 10⁻³ А.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Термины

Электрический ток

Упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Условия существования тока

Наличие свободных заряженных частиц и электрического поля, которое заставляет их двигаться; на практике - замкнутая цепь с источником.

Сила тока I

Заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за единицу времени: I = q / t; единица - ампер (А).

Напряжение U

Работа электрического поля по перемещению единичного заряда на участке цепи; единица - вольт (В).

Сопротивление R

Величина, показывающая, как сильно проводник мешает току; единица - ом (Ом).

Удельное сопротивление ρ

Сопротивление проводника единичной длины и единичного сечения; зависит от вещества и температуры.

Закон Ома для участка цепи

Сила тока на участке прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению: I = U / R.

Источник тока

Устройство (батарея, аккумулятор, генератор), в котором сторонние силы разделяют заряды и поддерживают напряжение в цепи.

ЭДС ε

Электродвижущая сила: работа сторонних сил по перемещению единичного заряда внутри источника; измеряется в вольтах.

Внутреннее сопротивление r

Сопротивление самого источника тока; из-за него напряжение на зажимах меньше ЭДС, когда идёт ток.

Закон Ома для полной цепи

Сила тока в замкнутой цепи равна ЭДС, делённой на сумму внешнего и внутреннего сопротивлений: I = ε / (R + r).

Последовательное соединение

Соединение, при котором элементы идут друг за другом; ток один и тот же, общее сопротивление равно сумме.

Параллельное соединение

Соединение, при котором элементы подключены к одним и тем же двум точкам; напряжение одинаково, токи складываются.

Работа тока

Работа электрического поля по перемещению зарядов: A = U·I·t; измеряется в джоулях (Дж).

Мощность тока

Работа тока за единицу времени: P = A / t = U·I; единица - ватт (Вт).

Закон Джоуля-Ленца

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно Q = I²·R·t.

КПД источника тока

Отношение полезной мощности (во внешней цепи) к полной мощности источника: η = RR + r.

Короткое замыкание

Случай, когда внешнее сопротивление близко к нулю, и ток ограничен только внутренним сопротивлением: I = ε / r; очень опасный режим.

Амперметр и вольтметр

Амперметр включают в цепь последовательно и измеряют им силу тока; вольтметр включают параллельно участку и измеряют напряжение.

Киловатт-час

Внесистемная единица энергии, которую считают счётчики; 1 кВт·ч = 3,6·10⁶ Дж.