Постоянный ток

это электрический ток, который не изменяется по направлению и величине во времени. Заряженные частицы движутся в одном направлении, создавая стабильный поток электричества.

1. Основные понятия и Закон Ома

Сила тока:

I = \frac{Δ q}{Δ t}

Пояснение

I — сила тока; Δq — количество заряда, прошедшего через проводник; Δt — время. Характеризует интенсивность перемещения заряда в цепи.

Напряжение:

U = φ_{1} - φ_{2}

Комментарий

Разность потенциалов между двумя точками цепи. Определяет работу по перемещению заряда между ними.

Сопротивление проводника:

R = ρ \cdot l / S

Пояснение

R — сопротивление; ρ — удельное сопротивление материала; l — длина проводника; S — площадь поперечного сечения. Влияет на ток: чем выше R, тем слабее ток при фиксированном напряжении.

Закон Ома для участка цепи:

I = \frac{U}{R}

Комментарий

Основная зависимость между током, напряжением и сопротивлением. Используется при расчётах в линейной цепи.

Полная цепь с ЭДС:

I = \frac{ε}{R + r}

Пояснение

ε — электродвижущая сила источника; R — сопротивление внешней цепи; r — внутреннее сопротивление источника. Формула учитывает потери в источнике, важна при расчётах КПД.

2. Источник тока и напряжение

Напряжение на внешней цепи:

U = ε \cdot I \cdot r

Пояснение

ε — ЭДС источника; I — ток в цепи; r — внутреннее сопротивление. При подключении нагрузки ток вызывает падение напряжения внутри источника. Чем больше r, тем сильнее напряжение U отличается от ЭДС ε.

Комментарий:

Источник тока — это устройство, преобразующее энергию (химическую, механическую и др.) в электрическую. ЭДС ε характеризует максимальное напряжение, доступное без нагрузки. При подключении нагрузки появляется ток I, и часть энергии теряется на внутреннем сопротивлении r. Реальное напряжение U на зажимах — всегда меньше ε.

3. Работа, мощность и тепловой эффект

Работа тока:

A = I \cdot U \cdot Δ t = Δ q \cdot U

Пояснение

A — работа, совершаемая электрическим током при прохождении заряда через проводник. Можно выражать как произведение силы тока, напряжения и времени, либо как заряд умножить на напряжение.

Эквивалентные формулы для работы:

A = \frac{U^{2} \cdot Δ t}{R} = I^{2} \cdot R \cdot Δ t

Комментарий

Используются при решении задач, где известны не все параметры. При постоянном сопротивлении и напряжении позволяют быстро найти выделившуюся энергию.

Мощность электрического тока:

P = \frac{A}{Δ t} = I \cdot U = \frac{U^{2}}{R} = I^{2} \cdot R

Комментарий

P — мощность, характеризует скорость преобразования энергии. В задачах важно выбрать правильную форму: по напряжению, по току или по сопротивлению.

Количество тепла:

Q = I \cdot U \cdot Δ t = I^{2} \cdot R \cdot Δ t

Комментарий

Теплота, выделяющаяся в проводнике при прохождении тока — в виде теплового эффекта. Формула Джоуля–Ленца объясняет, как электрическая энергия превращается в тепло.

4. КПД источника тока

КПД источника:

η = \frac{U}{ε} = \frac{R}{R + r}

Пояснение

η — КПД (коэффициент полезного действия); ε — ЭДС источника; U — напряжение на внешней цепи; R — внешнее сопротивление; r — внутреннее сопротивление. Показывает, какая часть энергии источника поступает в нагрузку, а какая теряется внутри.

Краткий справочник по физике

Формулы основных разделов