14. ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Электростатика сидела на месте. Постоянный ток — это когда заряды убежали и побежали по проводам. Вся современная жизнь — на постоянном токе: от зарядки телефона до стартёра машины.

Сила тока

Сила тока — «сколько заряда пролетает через сечение провода за секунду».

I = q / t
Сила тока, единица — ампер (А)

Направление тока договорились считать от плюса к минусу, хотя реальные электроны бегут наоборот. Не парься: так исторически сложилось, и все с этим живут.

Напряжение

Напряжение — «давление», которое электрическое поле создаёт для зарядов. Именно оно заставляет заряды шевелиться. Единица — вольт (В).

Сопротивление

Провода сопротивляются току. Причина — столкновения электронов с атомами металла. Больше длина — больше сопротивление, толще провод — меньше.

R = ρ·l / S
Сопротивление проводника

Закон Ома — святая формула

I = U / R
Закон Ома для участка цепи

Двойное напряжение — двойной ток (если сопротивление то же). Больше сопротивление — меньше ток. Всё, как в жизни: сильнее давишь — больше течёт, сильнее сопротивление — меньше бежит.

Последовательное и параллельное соединение

Последовательно

Ток один по всей цепочке, напряжение делится между резисторами:

R = R₁ + R₂ + R₃ + …
Общее сопротивление складывается

Параллельно

Напряжение одно на всех, ток делится по ветвям (гирлянда новогодних сломанных ламп — классика «не повезло»):

1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + …
Общее сопротивление параллельных ветвей

Лайфхак

Параллельное соединение уменьшает общее сопротивление (общее всегда меньше наименьшего). Поэтому провода в стенах всегда параллельны: каждая лампочка живёт своей жизнью и не зависит от соседней.

Работа и мощность тока

A = U·I·t
Работа тока
P = U·I = I²·R = U²/R
Мощность тока

Мощность — это то число, что написано на лампочке и в счёте за электричество. 100-ваттная лампочка ест 100 Дж каждую секунду: вдвое больше мощность — вдвое больше оплата.

Полная и полезная мощность

У батарейки есть внутреннее сопротивление r. Ток во внешней цепи идёт через него, и часть энергии тратится на нагрев батареи:

I = E / (R + r)
Закон Ома для полной цепи

E — ЭДС источника (его «напряжение холостого хода»), R — сопротивление нагрузки, r — внутреннее. Максимальная полезная мощность, кстати, когда R = r.

Закон Джоуля–Ленца

Провод с током греется. Теплота, выделившаяся в проводе:

Q = I²·R·t
Теплота от тока

Вот почему зарядка телефона тёплая, а перегруженный удлинитель — горячий. И почему утюг, кипятильник, тостер — все используют именно тепловой эффект тока.

Короткое замыкание

Если соединить плюс и минус напрямую, R ≈ 0, ток стремится к бесконечности по закону Ома — и провода плавятся. Предохранитель (тонкая проволочка) первым сгорает и разрывает цепь, спасая всё остальное.

← Назад: Электростатика Дальше: Магнитное поле →