Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Меняйте ЭДС источника и сопротивления — амперметр и вольтметр покажут результат. Реостат R2 можно тянуть мышью прямо на схеме, ключ SA1 замыкается кликом.
Электрическая цепь — это замкнутый путь, по которому движется электрический ток: от источника питания по проводникам к лампе или другому приёмнику и обратно. Ниже разобрано, из чего состоит цепь электрического тока, как читать схему электрической цепи и что означают обозначения на ней. Тренажёр выше показывает, как связаны сила тока, напряжение и сопротивление электрической цепи, — а этот текст объясняет то же самое простыми словами, с формулами и проверенными примерами.
Любая, даже самая простая цепь включает три обязательные части: источник энергии, проводники и приёмник (нагрузку). Чтобы управлять током и измерять его, добавляют ключ и электроизмерительные приборы. На схемах элементы электрической цепи изображают условными знаками по ГОСТ 2.721 — те же символы использованы в тренажёре.
Три величины описывают любой участок электрической цепи: сила тока I (амперы), напряжение U (вольты) и сопротивление R (омы). Связь между ними открыл Георг Ом в 1827 году, и с тех пор это главная формула электротехники.
Пример: к лампе сопротивлением 15 Ом приложено напряжение 4,5 В. Ток через неё: I = 4,5 / 15 = 0,3 А. Увеличим сопротивление вдвое, до 30 Ом, — ток упадёт вдвое, до 0,15 А. Именно этот эффект видно в тренажёре: сдвиньте ползунок реостата и посмотрите на амперметр.
Реальный источник тока не идеален: часть энергии теряется внутри него самого. Поэтому для полной (замкнутой) цепи формула дополняется внутренним сопротивлением r и вместо напряжения используется электродвижущая сила ε.
Пример с настройками тренажёра по умолчанию: батарея с ЭДС 4,5 В и внутренним сопротивлением 0,5 Ом работает на внешнее сопротивление 30 Ом. Ток: I = 4,5 / (30 + 0,5) ≈ 0,15 А. Вольтметр при этом покажет не 4,5 В, а лишь U = I·R ≈ 4,43 В — небольшая часть ЭДС «осела» внутри источника.
Когда приёмников больше одного, их соединяют двумя базовыми способами. При последовательном соединении ток идёт через все элементы по очереди, и сопротивления складываются. При параллельном соединении ток разветвляется, и общее сопротивление становится меньше самого малого из ветвей. Переключите иллюстрацию и сравните:
Отсюда практическое правило: гирлянда, собранная последовательно, гаснет целиком из-за одной лампочки, а розетки в квартире подключены параллельно — каждая работает независимо. В тренажёре есть и третий, смешанный вариант: R1 последовательно с параллельной парой R2 и R3 — так устроено большинство реальных схем.
Ошибка в подключении измерительных приборов — классическая причина испорченной лабораторной работы. Запомнить просто: амперметр меряет то, что течёт «сквозь», поэтому встаёт в разрыв цепи последовательно и имеет ничтожно малое собственное сопротивление. Вольтметр меряет разность потенциалов «между» двумя точками, поэтому подключается параллельно участку, а его сопротивление, наоборот, очень велико, чтобы не отбирать ток у схемы.
Мощность показывает, сколько энергии цепь потребляет каждую секунду: P = I·U. Для примера выше (ток 0,15 А, напряжение 4,43 В) мощность P ≈ 0,65 Вт, а работа тока за минуту A = P·t ≈ 39 Дж. Те же значения выводит блок «Мощность» тренажёра. Для сравнения: чайник мощностью 2200 Вт за ту же минуту совершает работу в 132 000 Дж — в три с лишним тысячи раз больше.
Если внешнее сопротивление стремится к нулю (провода источника соединили напрямую), ток ограничивает только внутреннее сопротивление: I = ε / r. Для нашей батареи это 4,5 / 0,5 = 9 А — в 60 раз больше рабочего тока. Провода при этом стремительно нагреваются, поэтому короткое замыкание — главная причина электрических пожаров, а защищают от него предохранители и автоматические выключатели. В тренажёре предупреждение появляется уже при токе выше 5 А — попробуйте сдвинуть оба резистора к минимуму.
Минимум три элемента: источник (батарея или генератор), проводники и приёмник — лампа, резистор, двигатель. На практике добавляют ключ для управления и приборы для измерений.
Измерить амперметром, включив его последовательно, или вычислить: для участка I = U / R, для полной цепи I = ε / (R + r). Оба способа дают одинаковый результат — это удобно проверять в тренажёре выше.
ЭДС — характеристика самого источника, вся «энергия на единицу заряда», которую он способен дать. Напряжение на зажимах всегда меньше ЭДС на величину потерь внутри источника: U = ε − I·r. Разница заметна тем сильнее, чем больше ток.
При последовательном соединении сопротивления складываются: R = R1 + R2. При параллельном складываются их обратные величины: 1/R = 1/R1 + 1/R2. Смешанные схемы считают по частям, упрощая шаг за шагом.
Напряжение на ветвях одинаковое, поэтому по закону Ома через меньшее сопротивление идёт больший ток. Ветвь 10 Ом при 4,5 В пропустит 0,45 А, ветвь 20 Ом — только 0,225 А.
Внешнее сопротивление падает почти до нуля, ток вырастает до I = ε / r и ограничен только источником. Проводники перегреваются за секунды, поэтому цепи защищают предохранителями и автоматами.
По роду тока — постоянного и переменного тока; по схеме — неразветвлённые (последовательные) и разветвлённые (параллельные и смешанные); по свойствам элементов — линейные и нелинейные. Школьный курс и тренажёр выше посвящены линейным цепям постоянного тока.
ООО «Иннер Инжиниринг»