Итак, краткое введение в электричество и теорию цепей, надеюсь станет всё понятно. 1) Электричество, что это и с чем его едят. В природе есть большое количество частиц, которые можно охарактеризовать некоторым набором различных величин. Каждая из этих величин, как правило, является некоторым коэффициентом, характеризующим взаимодействие определённой природы между частицами и его силу. Как пример - гравитационная масса, которая характеризует гравитационное взаимодействие между частицами (любой объект можно представить как совокупность частиц). Иное взаимодействие, которое называют электрическим, характеризуют зарядом частицы. В отличие от гравитационного, при электрическом взаимодействии частицы могут как притягиваться так и отталкиваться друг от друга, поэтому для удобства вычислений положили, что заряд может принимать положительные и отрицательные значения. Если частицы не взаимодействуют электрически, то заряд одной или обоих из этих частиц считаем равным нулю. Введение таких положений и результаты экспериментов привели к известной формуле Кулона [tex]F = k\frac{q_1q_2}{r^2} [/tex], где q - заряды взаимодействующих частиц, r - расстояние между ними, k - некоторый коэффициент. Как видно - одноименные заряды имеют положительную проекцию силы на радиус-вектор, а значит отталкиваются. Разноименные - притягиваются. В природе существует две основные заряженные частицы: протон и электрон. Исторически сложилось так, что заряд электрона считается отрицательным. Заряд протона - положительным. Экспериментально установлено, что по величине заряд электрона равен заряду протона и примерно равен 1,60 · 10⁻¹⁹ Кл. ([Кл] - единица заряда в СИ, читается "Кулон"). Однако, выяснилось, что взаимодействие между частицами не наступает мгновенно, а передаётся с конечной скоростью. Тогда возникла идея о существование некой "среды" (поля), передающей это взаимодействие. Электрическое поле характеризуется вектором (направленный отрезок) напряженности электрического поля E, а закон Кулона переписывается тогда в виде: [tex]F = qE[/tex]. Т.е. заряженные частицы создают электрическое поле, а потом это поле действует на другую заряженную частицу. Теперь поговорим об энергии электрического поля. Рассмотрим частицу в постоянном равномерном электрическом поле. (в любой точке пространства вектор E направлен одинаково и имеет одну и туже величину). Работа по перемещению частицы по направлению вектора напряженности [tex]A = Fd=qEd[/tex], а поперёк ему - равна нулю. Таким образом работа не зависит от пути перемещения частицы. Такие поля называют потенциальными. Статическое электрическое поле потенциально. Т.е. если вы переместите частицу по кругу обратно в точку старта, то не потратите никакой энергии. Для потенциальных полей вводят понятие потенциальной энергии. По определению [tex]W_1 - W_2 = A[/tex], где W₁ - энергия системы, когда частицы в начальной точке, W₂ - соответственно в конечной. А - работа поля. Энергия W определяется с точностью до аддитивной константы (W₁ + С - W₂ - С = W₁ - W₂) . Для удобства расчётов вводят также понятие потенциала. По определению: [tex]\phi = \frac{W}{q} [/tex]. (есть и иной, формальный, способ ввода потенциала, но мы его касаться не будем). Совмещая вышесказанное, можно показать, что разность потенциалов между двумя точками в постоянном равномерном электрическом поле равна [tex]\phi_2-\phi_1=U=Ed[/tex]. Разность потенциалов, напряжение в СИ измеряется в [В] Вольтах. Электрический ток - направленное движение заряженных частиц. Важно отметить, что именно направленное, т.к. частицы всегда совершают хаотическое тепловое движение. Какие частицы могут двигаться, и как следствие создавать ток? Любые заряженные частицы. Ионы (положительные, отрицательные), электроны, протоны ... (Ион - атом вещества, с лишними или недостающими электронами) В металах носителями являются электроны. Атомы метала выстраиваются в виде трёхмерной решётки, в узлах находятся ядра атомов, а электроны свободно перемещаются между ними, обладая высокой подвижностью (электронный газ). Если в метале создать электрическое поле, то электроны начнут направленное движение против поля. Электрическое поле в метале создают сами электроны и ядра, однако только после того, как будут "сдвинуты" относительно друг друга некоторой сторонней силой, называемой ЭДС. Поэтому в любых цепях постоянного тока имеются источники ЭДС (напряжения), которые создаю разность потенциалов между контактами проводника, как следствие электрическое поле, и приводят в движение носителей заряда. Характеристикой электрического тока является сила тока. Обозначается она: I, и измеряется в [A] - Амперах. [tex]I = \frac{\Delta q}{\Delta t} [/tex]. т.е. количеству заряда прошедшему за некоторое времени через сечение проводника. Это заряд равен количеству электронов, прошедших через сечения проводника, умноженному на заряд одного электрона. Стоит однако учесть, что исторически договорились считать, что направление тока задаёт движение положительных частиц. Это легко вообразить, представив, что не электроны двигаются мимо ядер, а ядра двигаются мимо электронов, но в обратном направлении. Электроны, перемещаясь по металу, двигаются равно ускоренно, однако, сталкиваются с ядрами, передают энергию ядрам, теряют скорость. Ядра начинают колебаться вокруг своих состояний равновесия сильнее, что для нас выражается в повышении температуры проводника. Последнее влечёт увеличении количества столкновений между электронами и ядрами, а следовательно величину потерь. Потери энергии при движении электронов по металу характеризуются сопротивлением метала. Сопротивление обозначается буквой R. В СИ измеряется в [Ом] - Омах. Чем длиньше проводник, тем чаще по пути электрон отдаёт свою энергию ядрам, тем больше сопротивление. Чем шире проводник, тем меньше поток электронов через единицу площади (плотность тока), тем реже они сталкиваются с ядрами, тем меньше потери. Таким образом имеем: [tex]R = p\frac{L}{S} [/tex], где L - длина проводника, S - площадь сечения, p - удельное сопротивление (коэффициент пропорциональности). Стоит отметить, что p зависит от температуры. Экспериментально установлена зависимость [tex]I = S \frac{1}{p} E[/tex] т.е. Сила тока пропорциональна напряженности поля, что логично т.к. сила тока характеризует среднюю скорость движения электронов по металу. Скорость самих электронов, как было сказано выше, регулярно "сбрасывается" от столкновений с решёткой. Итак, что мы имеем: [tex]I = S \frac{1}{p} E[/tex] [tex]\phi_2-\phi_1=U=Ed[/tex] [tex]R = p\frac{L}{S} [/tex] Соединяя уравнения воедино получаем закон Ома для участка цепи: [tex]U = IR[/tex] Этот закон является основой всей теории электрических цепей. Для измерения напряжения U используется вольтметр (на рисунке верхний прибор с обозначением V). Если два проводника соединены параллельно, то в силу того, что они имею две общие точки, потенциалы в которых заданы однозначно, то падения напряжения на них U₁ = U₂ = U равны! Вольтметр измеряет падение напряжения на самом себе, поэтому его включают параллельно пружинке (резистор, сопротивление которого мы измеряем). Сопротивление вольтметра оооочень велико и почти не влияет на результат измерений. Сила тока I измеряется амперметром (на рисунке нижний прибор, А). Он измеряет силу тока, протекающего через него. Поэтому, чтобы померить ток, текущий через "пружинку" (резистор), мы должны включить его последовательно с ней. Резистор обладает ооочень маленьким сопротивлением и почти не влияет на результат измерений. Таким образом мы измерили силу тока I и падение напряжение на резисторе ("пружинке") и можем по закону Ома рассчитать её сопротивление. Погрешности эксперимента: сопротивление (потери) на измерительных приборах и источнике напряжения не учитываются. Считаем их оооочень малыми. (хотя сопротивление вольтметра и велико, ток через него почти не течёт, поэтому и потери малы). 2) Как работать с приборами a) Узнать цену деления Для этого надо найти первую цифру на шкале после нуля и посчитать количество отрезков, разделяющих её и ноль. Для вольтметра эта цифра равна 6, а количество отрезков - 5. Цена деления: 6/5 = 1,2 В б) Посмотреть куда показывает стрелка. Для амперметра сразу видно значение 1,5 А. Для вольтметра это 3,5 деления. 3,5 деления это 4,2 В. (умножили количество делений на их цену). Итого имеем: U = 4,2 В I = 1,5 А R = U/I = 2,8 Ом Стоит отметить, что надо внимательно смотреть на подписи приборов. Например если подпись будет mV, то измерение производится в миллиВольтах [мВ]. 1000 мВ = 1 В. Т.е. всегда следите за размерностями. [Ом]= [В]/[А] В обще рассказ получился из серии: "когда земля была горячей и по ней бегали мамонты...", но надеюсь от таких основ Вам станет понятнее.