Устройство электрической цепи
Электрическая цепь — это совокупность устройств, по которым может проходить электрический ток. Чтобы уверенно решать задания ОГЭ, нужно понимать условия существования тока, назначение элементов цепи и правила чтения её схемы.
Что необходимо для существования электрического тока
Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В металлических проводниках ток создаётся движением свободных электронов, в растворах — движением положительных и отрицательных ионов, а в газах — электронов и ионов.
Электрическая цепь — это соединённые проводниками источник электрической энергии, потребитель и, при необходимости, ключ и измерительные приборы. Цепь должна образовывать замкнутый путь для движения зарядов.
Для существования тока необходимы: 1) наличие свободных заряженных частиц; 2) электрическое поле, создающее направленное движение зарядов; 3) замкнутая цепь. Электрическое поле поддерживается источником тока.
Источник тока разделяет положительные и отрицательные заряды и поддерживает разность потенциалов между своими выводами. Если цепь разомкнута, поле в проводнике может существовать, но длительного тока в замкнутом участке не будет. При замыкании ключа заряды начинают двигаться по всей цепи.
Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. Напряжение характеризует работу электрического поля по перемещению единичного заряда, а сопротивление показывает, насколько проводник препятствует току. Связь этих величин выражает закон Ома.
Элементы электрической цепи и их назначение
Основные элементы цепи выполняют разные функции. Подробное обозначение и назначение устройств разобраны на странице элементы электрической цепи, но для чтения задач важно знать их роли.
| Элемент | Назначение |
|---|---|
| Источник тока | Создаёт и поддерживает напряжение; имеет положительный и отрицательный выводы. |
| Потребитель | Преобразует электрическую энергию в другие виды: свет, тепло, механическую энергию. |
| Соединительные провода | Обеспечивают электрическое соединение элементов и имеют малое сопротивление. |
| Ключ | Замыкает или размыкает цепь; подробно см. ключ электрической цепи. |
| Амперметр | Измеряет силу тока; включается последовательно. |
| Вольтметр | Измеряет напряжение; подключается параллельно участку цепи. |
Амперметр включают последовательно, потому что весь ток участка должен пройти через прибор. Вольтметр включают параллельно, чтобы сравнить потенциалы двух точек участка.
Источник тока и потребитель имеют два вывода. Для работы простейшей цепи один вывод источника соединяют с одним выводом потребителя, а второй вывод потребителя — со вторым выводом источника. При нарушении хотя бы одного соединения цепь становится разомкнутой.
Как следует подключить вольтметр для измерения напряжения на лампе?
Как читать электрическую схему
Схема электрической цепи — это условное изображение элементов и их соединений. Сначала определите источник тока и направление обхода цепи, затем найдите ключ, потребители и измерительные приборы. После этого проверьте, образует ли цепь замкнутый путь.
- Найдите источник тока: длинная черта условного знака обычно соответствует положительному выводу, короткая — отрицательному.
- Проследите по проводам все ветви цепи. Точки соединения проводов показывают электрический контакт; пересечение без точки не всегда означает соединение.
- Определите состояние ключа. Замкнутый ключ изображают как соединённый участок, разомкнутый — с разрывом.
- Установите, какие элементы соединены последовательно, а какие параллельно.
- Проверьте подключение приборов: амперметр — последовательно, вольтметр — параллельно.
На схеме ток условно направляют от положительного вывода источника к отрицательному во внешней цепи. Это условное направление тока; направление движения электронов в металле противоположно.
При последовательном соединении элементов сила тока одинакова на всех участках цепи: \(I=I_1=I_2\). Если один элемент разомкнут, ток прекращается во всей цепи.
При параллельном соединении напряжение на ветвях одинаково: \(U=U_1=U_2\). Ток в неразветвлённой части равен сумме токов в ветвях: \(I=I_1+I_2\).
Разобранный пример: определение показаний приборов
Лампа подключена к источнику напряжением \(6\,\text{В}\). В цепь последовательно включён амперметр, сопротивление лампы равно \(12\,\text{Ом}\). Найдите показание амперметра.
Ответ: амперметр покажет \(0{,}5\,\text{А}\). Если бы нужно было найти напряжение на лампе, вольтметр подключили бы параллельно её выводам. Правила соединения нескольких резисторов см. на странице правила соединения резисторов.
Не путайте источник и потребитель: батарея отдаёт энергию цепи, а лампа её получает. Не подключайте амперметр параллельно источнику — это может вызвать очень большой ток. Не считайте пересечение проводов соединением без проверки условного знака. Разомкнутый ключ означает отсутствие тока во всей последовательной цепи.
Представьте, что мысленно идёте от положительного вывода источника по проводам. Если путь до отрицательного вывода непрерывен, цепь замкнута. Если встретился разрыв ключа или обрыв провода, ток в этой ветви отсутствует.
Быстрая проверка
Главное
- Электрический ток — упорядоченное движение свободных заряженных частиц.
- Для длительного тока нужны свободные носители заряда, электрическое поле и замкнутая цепь.
- Источник создаёт напряжение, потребитель преобразует энергию, ключ управляет замыканием цепи.
- Амперметр включают последовательно, а вольтметр — параллельно.
- При чтении схемы проверяют условные обозначения, соединения, состояние ключа и наличие замкнутого пути.