3. Электрическая цепь

Определения и обозначения

Электрическая цепь — совокупность источника тока, потребителей, соединительных проводов и устройств управления, образующих путь для электрического тока. Проще говоря, это соединённые между собой элементы, по которым ток может пройти от одного полюса источника к другому. Такое определение помогает проверить, все ли необходимые части есть в собранной цепи.

Источник тока — устройство, создающее и поддерживающее электрическое напряжение в цепи. К источникам относятся, например, батарейка и аккумулятор. Он необходим для того, чтобы электрический ток не исчезал сразу после краткого разделения зарядов.

Потребитель электрической энергии — устройство, в котором электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии. Лампа превращает её главным образом в свет и тепло, электродвигатель — в механическую энергию. Понятие помогает понять, где именно используется энергия источника.

Электрическая схема — изображение электрической цепи с помощью условных обозначений. Вместо настоящей лампы, батарейки или выключателя на ней используют стандартные знаки и линии проводов. Благодаря этому схему легко читать и проверять независимо от внешнего вида устройств.

Как это устроено

В простую электрическую цепь входят источник тока, провода, потребитель и устройство управления. Источник создаёт напряжение, провода проводят ток, потребитель использует переданную энергию, а выключатель позволяет управлять цепью. Если убрать источник, заряды не получат энергию для направленного движения, а без потребителя электрическая энергия не будет превращаться в нужный результат. Поэтому каждый элемент выполняет свою функцию.

Источник тока необходим не потому, что он просто находится в цепи, а потому, что поддерживает разделение электрических зарядов и напряжение между полюсами. При подключении цепи электрическое поле заставляет свободные заряды в проводнике двигаться направленно. Само движение зарядов быстро прекратилось бы, если бы источник не восполнял условия для него. Поэтому батарейка или другой источник поддерживает ток, пока может отдавать энергию.

Ток проходит только по замкнутому проводящему пути, потому что заряды должны непрерывно двигаться через все участки цепи и возвращаться к источнику. Разрыв в любом месте останавливает движение зарядов во всей последовательной части цепи. Соединение отдельных элементов проводами ещё не гарантирует замыкания: нужно проследить путь от одного полюса источника до другого и обратно через источник. Диэлектрический участок тоже действует как разрыв, поскольку почти не проводит ток.

Выключатель управляет током механически: в замкнутом положении его контакты соприкасаются и образуют проводящий участок, а в разомкнутом между контактами появляется промежуток. Поэтому включённый выключатель позволяет току проходить, а выключенный разрывает цепь. Направление тока во внешней цепи условно принимают от положительного полюса источника к отрицательному. Это условное направление используют при чтении схем и дальнейшем изучении электрических величин.

Элементы электрической цепи, их обозначения и назначение

В таблице собраны основные элементы цепи, их условные обозначения и назначение. При чтении схемы сначала найдите источник, затем проследите линии проводов и отметьте подключённые к ним устройства. Так можно определить состав цепи, порядок соединения и наличие разрыва.

Разбор задач

Замкнута ли цепь при разомкнутом выключателе?

Условие. К источнику тока подключены лампа и выключатель, находящийся в разомкнутом положении. Требуется определить, может ли ток пройти через лампу. Нужно проверить не количество проводов, а непрерывность пути между полюсами источника.

1. Найдём на схеме один полюс источника и начнём мысленно двигаться по проводам.
2. Дойдём до выключателя и увидим промежуток между его контактами.
3. Так как через этот промежуток обычный ток в данной цепи не проходит, полного пути до другого полюса нет.

Ответ: цепь разомкнута, поэтому лампа не горит. Замыкание выключателя восстановит непрерывный проводящий путь.

Как определить соединение и причину неисправности лампы?

Условие. На электрической схеме нужно определить, какие элементы соединены последовательно, и объяснить, почему лампа не горит. Изображение следует читать по условным обозначениям и линиям, а не по внешнему сходству с настоящими приборами.

1. Распознаем источник, лампу, выключатель и провода по их условным знакам.
2. Проследим путь от одного полюса источника: если элементы встречаются один за другим на единственной ветви, они соединены последовательно.
3. Проверим каждый участок этой ветви. Разомкнутый выключатель, обрыв провода или неплотный контакт нарушает непрерывность цепи.

Ответ: элементы на одной общей ветви соединены последовательно, а лампа не горит из-за разрыва цепи. Чтобы найти точную причину, проверяют выключатель, провода и контакты.

Схема с двумя лампами и одним выключателем

Условие. Нужно соединить источник тока, две лампы и выключатель так, чтобы один выключатель одновременно управлял обеими лампами. Подойдёт последовательное или параллельное соединение, если выключатель поставить в общий участок цепи.

1. Соединим лампы выбранным способом: при последовательном соединении они идут в одной ветви, при параллельном образуют две ветви.
2. Установим выключатель между одним полюсом источника и местом, где цепь разделяется на ветви, либо в другом общем участке.
3. Проверим путь тока: при замыкании выключателя он должен проходить к обеим лампам, а при размыкании общий путь должен прерываться.

Ответ: выключатель, включённый в общий участок до разветвления или после объединения ветвей, будет одновременно включать и выключать обе лампы.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что ток идёт при разомкнутом выключателе, потому что элементы соединены проводами. Её допускают, когда путают наличие проводов с непрерывным путём. Проверьте, можно ли пройти по цепи без пересечения разрыва от одного полюса источника к другому.

Ошибка: путать источник тока с потребителем. Причина — оба устройства находятся в одной цепи, хотя выполняют разные роли. Спросите себя: устройство поддерживает напряжение или получает энергию и преобразует её?

Ошибка: рисовать элементы произвольными картинками вместо условных обозначений. Так схема становится неоднозначной, и по ней трудно определить соединение. Пользуйтесь стандартными знаками для источника, лампы, выключателя и приборов.

Ошибка: создавать на схеме видимость замкнутого контура, но оставлять скрытый разрыв. Такое бывает, если линия не соединена с контактом или ветви не имеют общего участка. Проверяйте путь по всей цепи, а не только её внешний контур.

Связь с другими темами

До изучения электрической цепи нужны понятия электрического тока, проводников и диэлектриков, источника тока и напряжения. Они объясняют, что движется в цепи, какие материалы проводят ток и почему источник способен поддерживать это движение.

Дальше схема станет основой для изучения силы тока, напряжения и сопротивления. Затем она поможет понять законы последовательного и параллельного соединения.

На практике эти знания нужны при сборке простых устройств, чтении электрических схем и соблюдении правил электробезопасности. Проверка замкнутости цепи помогает находить неисправности до включения устройства.

Что запомнить

• Электрическая цепь состоит из источника тока, потребителей, проводов и устройств управления.
• Источник тока создаёт и поддерживает напряжение в цепи.
• Для прохождения тока цепь должна быть замкнутой.
• Выключатель замыкает или размыкает электрическую цепь.
• Электрическую цепь изображают на схеме условными обозначениями.
• Потребитель преобразует электрическую энергию в другие виды энергии.
• Направление тока во внешней цепи условно принимают от положительного полюса источника к отрицательному.