Последовательное соединение проводников. Реостат

Последовательное соединение проводников. Реостат

Два разных резистора включили один за другим. Через первый проходит ток. Станет ли он меньше после первого резистора? И как изменить ток, не меняя напряжение источника?

Опора: учебник «Физика», 8 класс, Исаченкова и др., 2024, § 24, с. 94–97.

Проследи путь

Последовательное соединение образует для тока путь без разветвлений: за одним проводником следует другой. Важна связь элементов, а не то, нарисованы они в ряд, по кругу или под углом. Если разорвать единственный путь, установившийся ток прекратится во всей цепи.

Оригинальная условная схема. Провода и источник показаны модельно; это не фотография установки.

Одинаковая сила тока

В последовательном участке сила тока одинакова:

$$I = I_1 = I_2.$$

Заряд не исчезает в первом резисторе и не накапливается непрерывно между резисторами. Поэтому за одинаковое время через их поперечные сечения проходит одинаковый заряд. В резисторах передаётся энергия, но это не означает, что ток «расходуется».

Амперметр включают последовательно. Его перестановку выполняет учитель при отключённом питании.

Мысленно перенеси один амперметр из точки a в b, затем в c. Изменятся ли его показания? В идеальной модели — нет. В реальном опыте небольшие различия могут быть связаны с погрешностями измерений.

Напряжения и сопротивления складываются

Напряжение относится к участку между двумя точками. Для двух последовательных резисторов:

$$U = U_1 + U_2.$$

По закону Ома $U_1 = IR_1$ и $U_2 = IR_2$. Один и тот же ток позволяет записать $IR = IR_1 + IR_2$. Отсюда:

$$R = R_1 + R_2.$$

Здесь $I$ измеряется в амперах, $U$ — в вольтах, $R$ — в омах. Сопротивлением соединительных проводов пренебрегаем. Для $N$ одинаковых резисторов $R = NR_1$.

Цвет показывает принадлежность напряжения участку. Длина цветной линии обозначает участок, а не масштаб напряжения.

При одном и том же токе большее сопротивление имеет большее напряжение: если $R_2 = 2R_1$, то $U_2 = 2U_1$. Равенство напряжений получается только для одинаковых сопротивлений.

Пример с проверкой

На уже знакомой схеме последовательно соединены резисторы $10\ \text{Ом}$ и $20\ \text{Ом}$ при $6\ \text{В}$. Теперь восстанови показанные напряжения расчётом: сначала найди общий ток, затем сравни решение.

Общее сопротивление: $R = 10 + 20 = 30\ \text{Ом}$. Ток: $I = 6/30 = 0{,}20\ \text{А}$. Напряжения: $U_1 = 0{,}20\cdot10 = 2\ \text{В}$ и $U_2 = 0{,}20\cdot20 = 4\ \text{В}$. Проверка: $2 + 4 = 6\ \text{В}$, как в условии.

Нельзя подставить все $6\ \text{В}$ в формулу для одного резистора: это напряжение всего участка, а не его части.

Как работает реостат

Ползунковый реостат позволяет изменять включённую в цепь длину проволоки. Проволока намотана на изолирующее основание, а ползунок касается выбранного места обмотки. Для регулирования нужны вывод одного конца обмотки и вывод ползунка.

Схема принципа действия, не фотография. Для выбранного подключения важна длина от A до контакта ползунка.

Если активная часть становится длиннее, её сопротивление увеличивается. При неизменном напряжении всего участка ток уменьшается. Если подключить только два конца обмотки, перемещение ползунка не изменит включённую длину.

Не заучивай «влево — больше, вправо — меньше»: сначала посмотри, какой конец обмотки подключён. Перед включением учитель устанавливает наибольшее включённое сопротивление, проверяет схему и допустимый ток. Обмотка может нагреваться. Самостоятельно собирать цепи дома не требуется.

Где легко ошибиться

Проверь себя

1. Изменится ли вид соединения, если только изогнуть соединительный провод на рисунке, не меняя контактов?
2. Последовательно соединены $15\ \text{Ом}$ и $25\ \text{Ом}$ при $8\ \text{В}$. Найди общий ток и оба напряжения.
3. Через первый резистор проходит $0{,}20\ \text{А}$. Какой ток проходит через второй? Объясни.
4. Реостат подключили за два конца обмотки. Можно ли регулировать сопротивление ползунком?
5. При тех же $6\ \text{В}$ общее сопротивление увеличили с $30$ до $60\ \text{Ом}$. Что стало с током?

Показать ответ после выполнения

Главное

В последовательной цепи один путь и одинаковая сила тока. Напряжения частей и сопротивления складываются. Реостат регулирует ток изменением активной длины проволоки; изменение тока объясняют при заданном напряжении всего участка.

Для работы в тетради: § 24, контрольные вопросы 1–4; упражнение 16, № 1 и 2. Следующий урок 37 — отдельная лабораторная работа, которую этот текст не заменяет.