Р-26. ЗАКОН ОМА. Есть несколько важных и полезных соотношений, замеченных в опытах с электрическими цепями. Первым и особо важным принято считать соотношение (1), которое в 1827 году обнаружил и объяснил немецкий физик Георг Ом, оно и носит его имя с почётным титулом «закон» — закон Ома. Это соотношение отмечает, как в электрической цепи связаны получаемая от генератора электродвижущая сила (её принято обозначать буквой Е), созданный генератором в этой цепи ток I и общее её сопротивление R, которое может быть образовано многими сопротивлениями, соединёнными последовательно или параллельно. В главной формуле закона Ома (1) чётко обозначена связь между этими величинами, и здесь же видна обнаруженная Омом прямая пропорциональная их зависимость: увеличиваем э.д.с. Е в 5 раз — и ток I возрастёт тоже в 5 раз, увеличим сопротивление R в 2 раза — и в те же 2 раза уменьшится ток I. О самой этой прямой пропорциональности (во сколько раз — во столько же раз) часто не вспоминают, считая, видимо, её обычным, нормальным явлением и отмечая лишь вполне возможную зависимость иного рода, например, увеличиваем э.д.с. в 5 раз, а ток, ранее тоже возраставший в 5 раз, на этом участке возрастает в 3 раза или вообще не меняется (Р-103).
В конце этого рисунка приведено несколько конкретных примеров (3), показывающих, как работает закон Ома, как по его формуле при изменении Е или (и) R легко подсчитать ток I в цепи.
Кроме того, пользуясь уже знакомым нам правилом (Р-24), из главной формулы закона Ома получены две расчётные формулы (2), позволяющие подсчитать Е, если известны ток и сопротивление цепи, и подсчитать R по известным току и э.д.с.
Т-76. Несколько полезных грамматических правил для языка электрических схем. Закон Ома для всей цепи и закон Ома для отдельных её участков можно назвать частью грамматики языка электрических схем. Если понадобится, эта грамматика поможет наглядно представить себе многие невидимые процессы, которые происходят в электрических цепях. Есть, правда, электрические цепи, которые не подчиняются закону Ома, но это, как говорится, совсем другая история, и о ней пока можно не вспоминать.
К первым двум «грамматическим правилам» можно добавить ещё два — это, как их называют, законы Кирхгофа, о сути которых уже говорилось, правда, без их официального названия. Первый закон Кирхгофа говорит о том, что сумма всех токов, которые приходят в какую-либо точку цепи, равна сумме токов, которые из неё уходят. Иначе и быть не может — если зарядов приходит больше, чем уходит, то, значит, заряды будут бесконечно накапливаться в этой точке цепи, что, как мы уже давно поняли, невозможно. Второй закон Кирхгофа говорит о том, что сумма всех напряжений на участках цепи равна электродвижущей стиле, которая эту цепь кормит (Т-8). Это тоже не вызывает сомнений — напряжения на участках фактически есть сумма распределившейся между ними э.д.с.
Ещё два полезных соотношения — они показывают, чему равно общее сопротивление при последовательном и параллельном соединении. К этим первым нашим «грамматическим правилам» добавим ещё три: зависимость мощности от тока и напряжения (совместно) и квадратичная зависимость мощности от тока или от напряжения.
Получившийся комплект позволит разбираться в достаточно сложных электрических цепях.
ВК-87. Работа электродвигателей основана на выталкивании проводника с током из магнитного поля. Это взаимодействуют два магнитных поля — внешнего магнита и проводника, по которому идёт ток. Сила выталкивания F растёт с увеличением тока I и индукции В внешнего поля. Направление силы F определяется по правилу левой руки — если её ладонь обращена к северному полюсу магнита, а вытянутые четыре пальца указывают направление тока, то отогнутый большой палец покажет направление силы F.
Р-27. ОТДАЛ ВСЁ, ЧТО БЫЛО, И ВЫШЕЛ ИЗ ИГРЫ. Гальванический элемент — типичный химический генератор электрической энергии. Основные его детали — два электрода и контактирующий с ними жидкий или чаще пастообразный электролит. Энергия химических реакций между электролитом и электродами затрачивается на то, чтобы на одном из электродов появился и сколько можно оставался там избыток электронов (катод, электрод «—»), а на другом электроде их нехватка, то есть избыток положительных зарядов (анод, электрод «+»). Выводы электродов «+» и «—» во внешний мир — это есть выводы самого генератора, на них действует его электродвижущая сила и к ним можно подключать внешнюю цепь с нагрузкой Rн. Уже больше 100 лет миллионными тиражами выпускаются самые дешёвые солевые элементы, их электролит — превращённый в пасту раствор соли. В последние годы хорошим спросом отмечены тех же размеров (1) щелочные элементы (на них обычно крупная надпись «алкалайн»), некоторые параметры которых заметно лучше, особенно при низких температурах.