Электрические схемы. Соединения проводников.

Электричество — это то, что поддерживает работу наших гаджетов и устройств. Каждый раз, когда мы включаем свет, используем смартфон или подключаем гирлянду для украшения елки, мы сталкиваемся с действием этого удивительного феномена.

Электрические схемы, в свою очередь, подобны картам для понимания того, как протекает электрический ток в цепи. Чтобы научиться “читать” электрические схемы, нужно понимать, как обозначены элементы цепи в схеме, из которых она состоит.

Рассмотрим пример электрической схемы:

Она состоит из следующих элементов:

1 — источник питания

2 — ключ

3 — амперметр

4 — реостат

5 — лампа

Остановимся на каждом из этих элементов подробнее:
1. Источник питания

Исходя из названия понятно, что данный элемент является основой в цепи — благодаря нему возникает и циркулирует в цепи электрический ток.

2. Ключ замыкания

Как известно, ток может течь только по замкнутой цепи, а ключ обеспечивает разрыв цепи, тем самым контролируя протекание тока. Чтобы ток начал течь в цепи, ключ нужно замкнуть.

3. Амперметр

Этот прибор необходим для измерения силы электрического тока на конкретном участке. Подключается в цепь последовательно, поэтому сопротивление идеального амперметра должно быть равно нулю, чтобы он не брал на себя часть напряжения в цепи и верно измерял силу тока. Подробнее параллельное и последовательное соединения рассмотрим ниже.

4. Реостат

При протекании тока через проводник, электроны испытывают сопротивление за счет структуры проводника. Элемент цепи, сопротивление которого неизменно, называется резистором и обозначается на схеме как:

Реостат — это похожий на резистор элемент, за исключением того, что сопротивление реостата можно регулировать, изменяя длину проводника, через которую будет проходить электрический ток.

5. Лампа накаливания

Лампочка в цепи ведет себя как резистор, то есть обладает неизменным сопротивлением

6. Вольтметр

Этот прибор необходим для измерения напряжения на конкретном участке. Подключается в цепь параллельно, поэтому идеальный вольтметр должен обладать большим сопротивлением, чтобы через него не шел ток и измерения были верными.

Подробнее ознакомиться с основными характеристиками электрического тока и условиями протекания тока в цепи можно в статье.

СОЕДИНЕНИЯ РЕЗИСТОРОВ

Проводники в электрических цепях соединены последовательно или параллельно.

Последовательное соединение — вид соединения, когда конец одного проводника соединен с началом другого.

Примером такого соединения в обычной жизни является рождественская гирлянда

Параллельное соединение — вид соединения, в котором начала и концы проводников соединены вместе.

Обычная электрическая розетка работает по принципу параллельного соединения проводников

Последовательное	Параллельное

Сила тока, протекающая через каждый резистор одинакова и равна общей силе тока участка цепи	Общая сила тока, протекающая через участок цепи, равна сумме сил токов, протекающих по каждому из резисторов
Общее напряжение равно сумме напряжений на каждом резисторе	Напряжение на каждом из резисторов одинаково и равно общему напряжению участка цепи
Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений каждого из резисторов	Общее сопротивление цепи зависит от сопротивления каждого резистора и выражается формулой

Резюме:

Любая электрическая цепь состоит из различных элементов, каждый из которых имеет свое обозначение на электрической схеме. Основной элемент любой цепи — источник питания, который обеспечивает возникновение тока в цепи
Приборы для измерения силы тока и напряжения на участке цепи — амперметр и вольтметр. Амперметр подключается в цепь последовательно, а вольтметр — параллельно
Основные виды соединения проводников в цепи — последовательное и параллельное. Последовательное соединение обеспечивает равенство сил токов, протекающих через каждый проводник, а параллельное — напряжений на каждом проводнике.

Задания из ЕГЭ, в которых встречается данная тема:

Задание 1.

Задание № 11 (тестовая часть)

Через участок цепи (см. рис.) течёт постоянный ток I = 4 А. Какую силу тока покажет включённый в эту цепь идеальный амперметр, если сопротивление каждого резистора r = 1 Ом? Ответ выразите в амперах.

Ответ

Источник: ЕГЭ по физике 2017, досрочная волна

Задание 2. 

Задание № 15 (тестовая часть)

Резистор R_1 и реостат R_2 подключены последовательно к источнику напряжения U (см. рисунок). Как изменятся сила тока в цепи и напряжение на резисторе R_1, если ползунок реостата переместить до конца вверх? Считать, что напряжение на выводах источника остается при этом прежним. Для каждой величины определите соответствующий характер изменения. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится

Ответ

Источник: Сборник тренировочных вариантов М.Ю.Демидовой

Задание 3. 

Задание № 25 (вторая часть)

В электрической схеме, показанной на рисунке, ключ К замкнут. Заряд конденсатора q = 2 мкКл. ЭДС батарейки ε= 24 В, её внутреннее сопротивление r = 5 Ом, сопротивление резистора R = 25 Ом. Найдите количество теплоты, которое выделяется на резисторе после размыкания ключа К в результате разряда конденсатора. Потерями на излучение пренебречь.