Электрические цепи содержат, как правило, несколько соединенных между собой проводников. Простейшая электрическая цепь имеет один «вход» и один «выход», т.е. две клеммы к которым можно подсоединить провода. По этим проводам в цепь втекает заряд и вытекает из нее. При условии стационарности тока (заряд нигде не накапливается) входящий и выходящий ток должны быть одинаковыми.
Эквивалентное сопротивление цепи. Если взять множество соединенных между собой различных проводников и выбрать две точки в качестве «входа» и «выхода», то для этих точек можно считать всю цепь эквивалентной одному резистору R. Напряжением U на зажимах будем называть разность потенциалов между выбранными точками. Отношение напряжения U к силе тока I в цепи можно рассматривать как сопротивление резистора R эквивалентного всей цепи. Когда для всех элементов цепи справедлив закон Ома, найти эквивалентное сопротивление не составляет большого труда.
Последовательное соединение. Рассмотрим ряд простейших случаев.
|
|
Когда несколько проводников или резисторов соединены последовательно (рисунок 3.1), сила тока в каждом из них одинаковая, а полное напряжение цепи равно сумме напряжений на отдельных резисторах.
Так как для каждого резистора в соответствии с законом Ома справедливо Ui=IRi, то предыдущее выражение можно записать в следующем виде
Откуда
т.е. при последовательном соединении резисторов их сопротивления складываются.
Параллельное соединение. Когда несколько проводников или резисторов соединены параллельно(рисунок 3.2), то уже напряжение на всех резисторах одинаковое, и равно U, разности потенциалов между входом и выходом.
Ток I на входе и на выходе цепи равен сумме сил токов в отдельных ветвях параллельной цепи:
Подставляя в это выражение I=U/R и Ii=U/Ri получаем
Откуда
Т.е. при параллельном соединении складываются величины обратные сопротивлению-проводимости. Сопротивление параллельной цепи всегда меньше сопротивления любого резистора входящего в нее.
Эквивалентные схемы. Многие цепи можно значительно упростить, шаг за шагом заменяя участки параллельного и последовательного соединения их эквивалентными сопротивлениями.
Однако не любую электрическую цепь можно представить как комбинацию последовательных и параллельных соединений. При рассмотрении таких «сложных» цепей нужно руководствоваться следующими правилами: