Перейти к содержанию

Почему ток в последовательной цепи везде одинаковый?

Обновлено Редакция GAW

Последовательная цепь — это одна петля: ток выходит из источника, проходит элементы по очереди и возвращается. Kuphaldt формулирует первое правило так: ток одинаков через любой элемент последовательной цепи, потому что у электронов один путь (Lessons In Electric Circuits, Vol. I, гл. 5). Подробно правила соединений — в уроке «Последовательное и параллельное соединение».

Почему так

Заряды в проводниках не накапливаются: если бы в резистор входило больше, чем выходит, в нём рос бы заряд, а с ним напряжение, которое тут же выровняло бы потоки. Это частный случай закона токов Кирхгофа: в любом узле сумма входящих токов равна сумме выходящих — см. урок «Законы Кирхгофа на простых цепях».

Пример

Наш расчёт для источника 9 В и резисторов 1, 2 и 6 кОм последовательно:

I=UR1+R2+R3=9 В9 кОм=1 мАI = \frac{U}{R_1 + R_2 + R_3} = \frac{9\ \text{В}}{9\ \text{кОм}} = 1\ \text{мА}
РезисторТокНапряжение U = I · RМощность P = U · I
1 кОм1 мА1 В1 мВт
2 кОм1 мА2 В2 мВт
6 кОм1 мА6 В6 мВт
Всего1 мА9 В9 мВт

Ток во всех строках один, а напряжения делятся пропорционально сопротивлениям и в сумме дают напряжение источника. Проверить такой расчёт можно в калькуляторе последовательного и параллельного соединения. Почему из-за этого две лампы последовательно горят тускло, разобрано в ответе «Почему две лампочки последовательно горят тусклее одной».

Похожие вопросы

Разве резистор не «съедает» часть тока?

Нет, он забирает энергию, а не заряды: на резисторе падает напряжение, и энергия уходит в тепло, но ток до и после резистора одинаковый. Амперметр, включённый до резистора и после него, покажет одно и то же.

Тогда как резистор ограничивает ток светодиода?

Он уменьшает ток во всей цепи сразу, а не «перед» светодиодом: суммарное сопротивление выросло, и по закону Ома ток стал меньше везде. Поэтому неважно, ставить резистор до светодиода или после.

Одинаков ли ток, если элементы разные, например лампа и резистор?

Да, пока они соединены последовательно и между ними нет ответвлений. Разными будут напряжения на них и выделяемые мощности.

Источники

  1. Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Vol. I — DC, ch. 5 «Series and Parallel Circuits» — в последовательной цепи ток одинаков через любой элемент: путь для электронов один, и скорость потока в любой точке в один момент одинакова; сопротивления складываются, напряжения на элементах складываются в напряжение источника. CC BY 4.0
  2. Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Vol. I — DC, ch. 6 «Divider Circuits and Kirchhoff's Laws» — закон токов Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в узле равна нулю; делитель напряжения ERn = ETotal · Rn / RTotal. CC BY 4.0

Нашли ошибку?

Смотрите также