Электричество: ток и цепи: разбор для ОГЭ

Что такое электрический ток: базовые понятия простыми словами

Задачи на электрические цепи встречаются в каждом варианте ОГЭ по физике и часто пугают девятиклассников нагромождением формул и схем. В этой статье мы пошагово разберем всю необходимую теорию, научимся читать схемы и без ошибок решать типовые экзаменационные номера.

Электрический ток — это упорядоченное (направленное) движение свободных заряженных частиц. В металлических проводниках такими частицами выступают свободные электроны. Чтобы ток возник и существовал длительное время, требуются два условия: наличие свободных носителей заряда и наличие электрического поля, которое создается источником тока (аккумулятором, батарейкой или генератором).

Главная количественная характеристика этого процесса — сила тока. Она показывает, какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. Сила тока обозначается буквой I и рассчитывается по формуле I = q / t, где q — электрический заряд в кулонах (Кл), а t — время в секундах (с). Единица измерения силы тока в Международной системе единиц (СИ) — Ампер (А). Чтобы уверенно отличать физические величины и не путаться в обозначениях, загляни в личный кабинет Просто Урок, где собраны наглядные интерактивные памятки.

Закон Ома и сопротивление проводника: фундамент расчетов

Основной закон, связывающий параметры любого участка электрической цепи, открыл немецкий физик Георг Ом. Закон Ома для участка цепи гласит: сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. Формула выглядит так: I = U / R. Из нее легко выразить напряжение U = I · R и сопротивление R = U / I.

Сопротивление проводника зависит от его геометрических размеров и материала. Чем длиннее проводник, тем сложнее электронам двигаться сквозь кристаллическую решетку, а чем больше площадь сечения, тем шире «дорога» для зарядов. Формула сопротивления имеет вид: R = ρ · l / S, где ρ — удельное сопротивление вещества, l — длина проводника в метрах, S — площадь поперечного сечения.

Параметр	Обозначение	Единица измерения	Основная формула
Сила тока	I	Ампер (А)	I = U / R или I = q / t
Напряжение	U	Вольт (В)	U = I · R или U = A / q
Сопротивление	R	Ом (Ом)	R = ρ · l / S или R = U / I

Последовательное и параллельное соединение проводников

В реальных схемах элементы соединяются двумя базовыми способами: последовательно или параллельно. При последовательном соединении проводники включаются в цепь друг за другом, без разветвлений. Сила тока во всех элементах одинакова: I = I₁ = I₂. Общее напряжение складывается из падений напряжения на каждом резисторе: U = U₁ + U₂. Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений: R_общ = R₁ + R₂.

При параллельном соединении все проводники подключаются к одной и той же паре узлов. Напряжение на всех параллельных ветвях одинаково: U = U₁ = U₂. Общий ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов в ветвях: I = I₁ + I₂. Общее сопротивление находится через обратные величины: 1 / R_общ = 1 / R₁ + 1 / R₂. Для двух параллельных резисторов удобна формула: R_общ = (R₁ · R₂) / (R₁ + R₂).

Работа, мощность тока и закон Джоуля — Ленца

Когда электрическое поле перемещает заряды по проводнику, оно совершает работу. Работа электрического тока рассчитывается по формуле A = U · I · t и измеряется в Джоулях (Дж). Мощность тока показывает скорость совершения этой работы за единицу времени: P = A / t = U · I. Единица мощности — Ватт (Вт).

При прохождении тока по неподвижному металлическому проводнику вся работа тока превращается во внутреннюю энергию — проводник нагревается. Закон Джоуля — Ленца позволяет вычислить количество выделившейся теплоты: Q = I² · R · t. Если на участке цепи не совершается механическая работа и не происходят химические реакции, то выделившееся тепло равно работе тока: Q = A.

Отработать правильный выбор формул и избежать типичных ошибок на экзамене можно во время тренировок на образовательной платформе Просто Урок.

Разбор типовой задачи ОГЭ: расчет смешанной цепи

Разберем классическую расчетную задачу из второй части экзамена. Условие: к источнику с постоянным напряжением U = 24 В подключены три резистора. Резисторы R₂ = 6 Ом и R₃ = 3 Ом соединены параллельно, а резистор R₁ = 4 Ом подключен к ним последовательно. Найди общее сопротивление цепи, силу тока в неразветвленной части и количество теплоты, выделившееся на резисторе R₁ за 2 минуты.

Дано:
\( U = 24 \text{В} \)
\( R_1 = 4 \text{Ом} \)
\( R_2 = 6 \text{Ом} \)
\( R_3 = 3 \text{Ом} \)
t = 2 мин = 120 с
Найти: R_общ, I, Q₁

Решение:
1. Рассчитаем эквивалентное сопротивление параллельного участка с резисторами R₂ и R₃:
\( R_2_3 = \dfrac{R_2 \cdot R_3}{R_2 + R_3} = \dfrac{6 \cdot 3}{6 + 3} = \dfrac{18}{9} = 2 \text{Ом}. \)

2. Найдем общее сопротивление всей цепи, сложив последовательные участки:
R_общ = R₁ + R₂₃ = 4 + 2 = 6 Ом.

3. По закону Ома для участка цепи найдем общую силу тока (она же равна току через R₁):
I = U / R_общ = 24 / 6 = 4 А.

4. Вычислим количество теплоты на первом резисторе по закону Джоуля — Ленца:
\( Q_1 = I^2 \cdot R_1 \cdot t = 4^2 \cdot 4 \cdot 120 = 16 \cdot 4 \cdot 120 = 7680 \text{Дж} = 7,68 \text{кДж}. \)

Ответ: R_общ = 6 Ом; I = 4 А; Q₁ = 7,68 кДж.

Что запомнить для экзамена и как продолжить подготовку

Для успешного выполнения заданий блока «Электродинамика» держи в голове ключевые выводы:

1. Закон Ома I = U / R применяется как для всей цепи, так и для любого ее отдельного фрагмента.
2. При последовательном соединении неизменна сила тока, а сопротивления складываются.
3. При параллельном соединении неизменно напряжение, а общее сопротивление всегда меньше наименьшего из резисторов.
4. Время в формулах работы и количества теплоты обязательно переводится в секунды (СИ).

Чтобы теория закрепилась на практике, сделай простой следующий шаг: зарегистрируйся в личном кабинете «Просто Урок» и реши 5 тематических заданий с моментальной проверкой. Это займет всего 10–15 минут и поможет уверенно чувствовать себя на ОГЭ.