Разветвленная цепь постоянного тока. Законы Кирхгофа

В неразветвленной цепи (с последовательно включенными сопротивлениями) величина тока легко определяется по закону Ома.

Рис. 1.Разветвленная цепь постоянного тока

В сложных, разветвленных цепях определение величины тока производится при помощи законов Кирхгофа.

По первому из этих законов количество электричества, притекающее к любой точке цепи (в том числе к точке разветвления — узлу), равно количеству электричества, утекающему от этой точки; иными словами, сумма токов, притекающих к любой точке цепи, равна сумме токов, утекающих от этой точки, т. е. алгебраическая сумма токов в любой точке цепи равна нулю.

Преобразование электрической энергии в неразветвленной цепи в тепловую и механическую

Рассмотрим показанную на рис. 1 замкнутую электрическую неразветвленную цепь с включенным электрическим генератором Г, сопротивлениями r1, r2, r3 и электрическим двигателем Д.

В цепи течет ток I. В электрических сопротивлениях электрическая энергия превращается в тепловую, равную:

В электрическом двигателе электрическая энергия превращается в механическую. Такое превращение всегда сопровождается появлением на полюсах двигателей э. д. с. — Eдв, направленной против тока, поступающего в двигатель из электрической сети.

Эта э. д. с. называется обратной или противоэлектродвижущей силой (противо-э. д. с.).

Механическая энергия электродвигателя равна EдвIt.

Энергия, равная I²rTt (r_г — внутреннее сопротивление генератора), будет расходоваться на нагревание проводников электрического генератора, энергия I²rдв t (rдв — сопротивление двигателя) — на нагревание проводников электрического двигателя. Электрическая энергия, вырабатываемая электрическим генератором, равна EIt (Е — э. д. с. генератора).

Закон Ома. Электрическое сопротивление. Электрическая проводимость

Рассмотрим участок В — Г замкнутой электрической цепи, содержащей источник э. д. с. (см. рис. 1).

Рис. 1

Пусть потенциал в точке В равен φ_В, а в точке Г — φ_Г. Разность потенциалов между этими точками φ_В — φ_Г равна U_ВГ — напряжению между ними, а расстояние между точками В и Г равно l. Поле внутри проводника однородное. Напряженность поля внутри проводника:

Чем больше напряженность поля внутри проводника, тем больший ток возникает в проводнике. Естественно, что величина тока I в проводнике пропорциональна напряженности поля и площади поперечного сечения s. Величина тока I может быть подсчитана по формуле:

в которой γ (гамма) — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств материала проводника.