ibrain.kz
RUKZ
Предыдущая тема|Следующая: Магнитное поле. Действие магнитного поля на проводник с током. Электромагниты
Физика · 8 класс3 четвертьТема 3Лабораторная работаГОСО РК 2026Углубленный

Соединение проводников. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля — Ленца

Законы последовательного и параллельного соединений. Эквивалентное сопротивление. Работа тока: A = U · I · t. Мощность тока: P = U · I. Закон Джоуля — Ленца: Q = I² · R · t.

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы3 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ3 четвертьдескрипторы ГОСО
Раздел 1 из 5
1

Последовательное соединение проводников: законы и формулы

При последовательном соединении элементы цепи включаются друг за другом по цепочке без разветвления проводов.

Закономерности последовательного соединения:

1. Сила тока во всех проводниках одинакова, так как заряд не накапливается в узлах:

Iобщ = I₁ = I₂ = ... = In = const.

2. Полное напряжение на концах всей цепи равно сумме падений напряжений на отдельных резисторах:

Uобщ = U₁ + U₂ + ... + Un.

3. Общее эквивалентное сопротивление равно сумме сопротивлений проводников:

Rобщ = R₁ + R₂ + ... + Rn.

(Для n одинаковых проводников сопротивлением R: Rобщ = n · R).

4. Напряжения на проводниках прямо пропорциональны их сопротивлениям: U₁ / U₂ = R₁ / R₂.

Главный недостаток: при выходе из строя одного элемента (перегорание лампы в старой елочной гирлянде) размыкается вся цепь.

Законы последовательной цепиДелитель напряжения
I=constI = \text{const};
U=U1+U2U = U_{1} + U_{2};
R=R1+R2R = R_{1} + R_{2};
U1U2=R1R2\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{R_{1}}{R_{2}}
При последовательном соединении общее сопротивление цепи ВСЕГДА больше сопротивления любого отдельного резистора.
Делитель напряжения
Последовательное включение резисторов используют в делителях напряжения в электронике.
Раздел 2 из 5
2

Параллельное соединение проводников: законы и формулы

При параллельном соединении одни концы всех проводников соединяются в один общий узел цепи, а вторые концы — в другой общий узел.

Закономерности параллельного соединения:

1. Электрическое напряжение на всех параллельных ветвях строго одинаково:

Uобщ = U₁ = U₂ = ... = Un = const.

2. Общая сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме токов во всех параллельных ветвях (первое правило Кирхгофа):

Iобщ = I₁ + I₂ + ... + In.

3. Величина, обратная общему сопротивлению (проводимость), равна сумме обратных сопротивлений ветвей:

1 / Rобщ = 1 / R₁ + 1 / R₂ + ... + 1 / Rn.

Для двух параллельных резисторов: Rобщ = (R₁ · R₂) / (R₁ + R₂).

Для n одинаковых резисторов: Rобщ = R / n.

4. Токи в ветвях обратно пропорциональны их сопротивлениям: I₁ / I₂ = R₂ / R₁.

В бытовой электросети (220 В) все розетки, люстры и бытовые приборы в квартирах соединяются строго параллельно: включение или выключение одного прибора не влияет на работу остальных!

Законы параллельной цепиБытовая сеть
U=constU = \text{const};
I=I1+I2I = I_{1} + I_{2};
1R=1R1+1R2\frac{1}{R }= \frac{1}{R_{1}} + \frac{1}{R_{2}};
R=R1⋅R2R1+R2R = \frac{R_{1} \cdot R_{2}}{R_{1} + R_{2}}
Общее сопротивление параллельной цепи ВСЕГДА меньше наименьшего из параллельно включенных сопротивлений!
Бытовая сеть
При включении новых приборов в розетки общее сопротивление квартиры падает, а суммарный ток растет!
Раздел 3 из 5
3

Смешанное соединение проводников и эквивалентные схемы

В реальной электротехнике схемы состоят из комбинации последовательных и параллельных участков — смешанного соединения.

Метод расчета эквивалентного сопротивления:

1. Выделяют в сложной схеме простейшие участки, соединенные чисто параллельно или чисто последовательно;

2. Заменяют каждый такой участок одним эквивалентным резистором по соответствующей формуле;

3. Пошагово упрощают («сворачивают») схему до одного результирующего сопротивления;

4. Находят общий ток источника Iобщ = Uобщ / Rэкв и затем «разворачивают» схему обратно, определяя токи и падения напряжения на каждом отдельном элементе.

Шаг 1
Найти параллельные блоки
Свернуть параллельные резисторы: Rпар = (R₁ · R₂) / (R₁ + R₂).
Шаг 2
Сложить последовательные блоки
Прибавить сопротивления участков, включенных в общую цепь: Rэкв = Rпосл + Rпар.
Шаг 3
Рассчитать токи и мощности
По закону Ома найти токи в каждой ветви схемы.
Раздел 4 из 5
4

Работа и мощность электрического тока. Электроизмерительные приборы

1. Работа электрического тока (A) равна произведению напряжения на перенесенный заряд, или произведению напряжения, силы тока и времени его прохождения:

A=U⋅q=U⋅I⋅tA = U \cdot q = U \cdot I \cdot t.

С учетом закона Ома (U = I·R или I = U/R) формулу работы можно записать в трех эквивалентных формах:

A=U⋅I⋅t=I2⋅R⋅t=(U2/R)⋅tA = U \cdot I \cdot t = I^{2} \cdot R \cdot t = (U^{2} / R) \cdot t.

2. Мощность электрического тока (P) — быстрота совершения работы в единицу времени:

P=At=U⋅I=I2⋅R=U2/RP = \frac{A }{t }= U \cdot I = I^{2} \cdot R = U^{2} / R.

В СИ мощность измеряется в Ваттах (Вт): 1 Вт = 1 В · 1 А. Внесистемная единица работы — киловатт-час (1 кВт·ч = 3.6 МДж).

Приборы: мощность измеряют ваттметром, потребленную работу (энергию) — бытовым счетчиком электроэнергии.

Формулы работы и мощности токаВыбор формулы
P=U⋅I=I2⋅R=U2/RP = U \cdot I = I^{2} \cdot R = U^{2} / R;
A=P⋅t=U⋅I⋅tA = P \cdot t = U \cdot I \cdot t
где P — электрическая мощность (Вт), A — работа тока (Дж), U — напряжение (В), I — сила тока (А), R — сопротивление (Ом), t — время (с).
Выбор формулы
Для последовательной цепи (I = const) удобнее P = I²·R; для параллельной (U = const) — P = U²/R.
Раздел 5 из 5
5

Закон Джоуля — Ленца. Короткое замыкание и безопасность

При протекании тока по неподвижному металлическому проводнику вся работа тока превращается во внутреннюю энергию (теплоту нагревания проводника).

Закон Джоуля — Ленца (сформулирован Джеймсом Джоулем и Эмилием Ленцем): количество теплоты, выделяющееся в проводнике с током, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока:

Q=I2⋅R⋅tQ = I^{2} \cdot R \cdot t.

Применение теплового действия: электроплиты, утюги, бойлеры, лампы накаливания, электросварка.

Короткое замыкание (КЗ) — аварийное соединение концов участка цепи с источником проводником с ничтожно малым сопротивлением (R → 0). По закону Ома сила тока при КЗ возрастает в сотни раз (I = U/R → ∞), а тепловыделение (Q ~ I²) способно мгновенно расплавить изоляцию проводов и вызвать пожар!

Для защиты сетей применяют плавкие предохранители и автоматические выключатели, мгновенно размыкающие цепь при опасных перегрузках.

ТЕПЛО ДЖОУЛЯ

Q = I² · R · t

Количество тепла пропорционально квадрату силы тока; нагревательные спирали делают из нихрома.
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ

Защита от пожара

Автоматический выключатель отсекает ток при КЗ за сотые доли секунды.
Ваш прогресс по теме25%
Оглавление урока
Шпаргалка формул8 класс
Количество теплоты при нагревании:
Q=c⋅m⋅(t2−t1)Q = c \cdot m \cdot (t_{2} - t_{1})
[Дж]
Закон Ома для участка цепи:
I=URI = \frac{U }{R}
[А]
Уравнение теплового баланса:
Qпол=QотдQ_{\text{пол}} = Q_{\text{отд}}
[Дж]
Теплота плавления и кристаллизации:
Q=λ⋅mQ = \lambda \cdot m
[Дж]
Следующая тема

Магнитное поле. Действие магнитного поля на проводник с током. Электромагниты

Перейти к теме →