ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 8 класс · § 24
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 24. Последовательное соединение проводников. Реостат

Как распределяются ток и напряжение в одной ветви и почему реостат меняет ток?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Как распределяются ток и напряжение в одной ветви и почему реостат меняет ток?

Наблюдаем и объясняем

Одна ветвь и регулируемый резистор

Меняй второй резистор как реостат. Следи за общим током и распределением напряжения.

Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.

6 В
10 Ом
20 Ом

Идеальная последовательная цепь: R = R₁ + R₂. Сопротивление источника и проводов не учитывается; значения нагрузки положительны.

01

Одна ветвь без разветвления

При последовательном соединении элементы идут один за другим, и между ними нет узлов разветвления. Через каждый за одно время проходит одинаковый заряд, поэтому установившийся ток I одинаков.

Если разорвать любую часть единственного пути, ток прекращается во всей ветви. Геометрическое расположение элементов на странице не важно: последовательность определяется электрическими связями.

Источник

Задаёт напряжение всей ветви

Первый резистор

Через него проходит ток I

Второй резистор

Тот же ток I

Возврат

Замкнутый путь к источнику

При последовательном соединении I = I₁ = I₂.

Почему ток после первого резистора не уменьшается?

Заряд не расходуется на нагрев. При установившемся режиме через все участки единственной ветви переносится одинаковый заряд за одно время.

02

Напряжения складываются

Работа поля на всём участке равна сумме работ на его частях. При одном перенесённом заряде отсюда следует U = U₁ + U₂. Для омических резисторов U₁ = IR₁ и U₂ = IR₂, поэтому большее сопротивление получает большую долю общего напряжения.

Подставляя в сумму, получаем U = I(R₁ + R₂), значит Rобщ = R₁ + R₂. Общее сопротивление больше каждого из положительных сопротивлений по отдельности.

Ток

I₁ = I₂ = I

Напряжение

U = U₁ + U₂

Сопротивление

Rобщ = R₁ + R₂

При последовательном соединении складываются напряжения и сопротивления.

Когда напряжения на двух последовательных резисторах равны?

Если их сопротивления равны при данных условиях. Сам факт последовательного соединения не делает напряжения одинаковыми.

Резисторы — элементы электрической цепи

Последовательные элементы образуют один путь, а их сопротивления складываются.

Afrank99 · CC BY-SA 2.5 · Источник. Без изменений.

Цифровой мультиметр

Ток измеряют в ветви, напряжение — на выбранном участке.

André Karwath aka Aka · CC BY-SA 2.5 · Источник. Без изменений.

03

Численный пример

Пусть R₁ = 10 Ом, R₂ = 20 Ом, U = 6 В. Тогда Rобщ = 30 Ом, I = 6/30 = 0,2 А. Напряжения: U₁ = 0,2·10 = 2 В и U₂ = 0,2·20 = 4 В. Проверка: 2 + 4 = 6 В.

В модели меняй сопротивление второго элемента и наблюдай оба вольтметра. Общее U сохраняется, но ток и распределение напряжений изменяются. Сумма показаний должна оставаться равной напряжению источника.

Сложить сопротивления

10 + 20 = 30 Ом

Найти общий ток

6/30 = 0,2 А

Найти напряжения

2 В и 4 В; сумма 6 В

Сначала удобно найти общее сопротивление, затем ток и напряжения частей.

Можно ли найти U₁ как половину U без данных о R?

Нет. Деление пополам допустимо только для двух равных сопротивлений.

04

Реостат меняет включённую длину

Реостат — устройство для регулировки сопротивления. В ползунковом варианте в цепь включают участок проволоки между одним концом и движущимся контактом. Перемещение контакта изменяет длину включённого участка, а значит сопротивление.

При увеличении последовательного сопротивления ток от источника постоянного напряжения уменьшается. Использование двух концов без ползунка оставляет включённой всю проволоку и не даёт обычного регулирования. Реальный реостат имеет допустимые ток и мощность.

Реостат меняет включённую длину: сравнение
ИзменениеСледствие при постоянном U
Больше включённая длинаБольше R, меньше I
Меньше включённая длинаМеньше R, больше I
Только два конца проволокиВся длина остаётся включённой

Реостат регулирует ток изменением включённого сопротивления.

Почему нельзя бесконтрольно уменьшать сопротивление до минимума?

Ток может превысить допустимый для источника, проводов и потребителя. Учебная модель ограничивает диапазон и не задаёт инструкцию для сетевой цепи.

Соберём главное

Шесть выводов

01При последовательном соединении I = I₁ = I₂.
02При последовательном соединении складываются напряжения и сопротивления.
03Сначала удобно найти общее сопротивление, затем ток и напряжения частей.
04Реостат регулирует ток изменением включённого сопротивления.
05Общее сопротивление последовательной цепи больше любого её отдельного положительного сопротивления.
06Заряд сохраняется; на элементах преобразуется энергия.
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе

Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.

1. При последовательном соединении одинаков…
2. Общее R двух последовательных резисторов…
3. Общее напряжение…
4. R₁ = 10 Ом, R₂ = 20 Ом. Rобщ…
5. При общем U = 6 В в этой цепи ток…
6. Напряжение на 10 Ом при I = 0,2 А…
7. На большем последовательном сопротивлении при том же токе напряжение…
8. Разрыв единственной ветви…
9. Ползунок реостата изменяет…
10. Увеличение последовательного R при постоянном U…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Физика, 8 класс», § 24. Тема и содержание сверены с файлом «8 класс. Физика — § 24. соединение проводников.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.

Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.

↑

Загрузка прогресса…