Постоянный ток: ОГЭ

Понятие постоянного тока: сила тока, напряжение и сопротивление

Электрические цепи нередко вызывают тревогу у девятиклассников: кажется, что в десятках формул, амперметрах и параллельных резисторах легко запутаться и потерять баллы на экзамене. Однако электричество подчиняется строгой логике. Если разложить базовые величины по полочкам и понять физический смысл процессов, блок «Электродинамика» станет твоим главным источником уверенных первичных баллов на ОГЭ по физике.

Электрический ток — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Чтобы ток существовал длительное время, необходимы свободные носители заряда и постоянное электрическое поле, создаваемое источником тока. В школьном курсе рассматриваются три ключевые величины, описывающие протекание тока в проводнике:

Сила тока: I = qt [А]
Электрическое напряжение: U = Aq [В]
Электрическое сопротивление: R = ρ · lS [Ом]

Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. Напряжение характеризует работу поля по перемещению единичного положительного заряда. Сопротивление отражает свойство проводника препятствовать прохождению тока из-за столкновений электронов с узлами кристаллической решетки. Чтобы сразу закрепить понимание связей между этими величинами, загляни в бесплатный личный кабинет, где собраны интерактивные задания по электродинамике.

Закон Ома для участка цепи и параметры проводника

Фундаментом всей теории цепей постоянного тока является закон Ома для однородного участка цепи. Он связывает три базовые величины простым соотношением: сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Закон Ома: I = UR → U = I · R → R = UI

Сопротивление проводника зависит от его геометрии и материала. Удельное сопротивление ρ (ро) показывает сопротивление проводника длиной 1 метр и площадью сечения 1 квадратный метр (или квадратный миллиметр, в зависимости от справочника ОГЭ).

Величина	Обозначение	Формула	Единица в СИ
Сила тока	I	I = U / R	Ампер (А)
Напряжение	U	U = I · R	Вольт (В)
Сопротивление	R	R = ρ · l / S	Ом (Ом)
Удельное сопротивление	ρ	ρ = R · S / l	Ом · мм² / м

Последовательное и параллельное соединение проводников

В реальных схемах элементы комбинируются двумя классическими способами. При последовательном соединении проводники включаются в цепь друг за другом без разветвлений. При параллельном — все проводники подключаются к одной и той же паре узлов цепи.

Закономерности последовательного соединения:

Ток одинаков: I = I₁ = I₂
Напряжения складываются: U = U₁ + U₂
Общее сопротивление растет: R_общ = R₁ + R₂

Закономерности параллельного соединения:

Напряжение одинаково: U = U₁ = U₂
Токи складываются: I = I₁ + I₂
Общее сопротивление: 1R_общ = 1R₁ + 1R₂ → R_общ = (R₁ · R₂) / (R₁ + R₂)

Если параллельно соединены n одинаковых резисторов сопротивлением R, их общее сопротивление равно R / n. Понимание этих соотношений необходимо для решения комбинированных цепочек в заданиях из программы подготовки к ОГЭ по физике.

Работа, мощность тока и закон Джоуля — Ленца

При протекании электрического тока совершается работа, которая преобразуется во внутреннюю энергию проводника, механическую работу или излучение. Закон Джоуля — Ленца определяет количество теплоты, выделяющееся в неподвижном проводнике с током.

Работа тока: A = U · I · t = I² · R · t = (U² / R) · t [Дж]
Мощность тока: P = At = U · I = I² · R = U² / R [Вт]
Закон Джоуля — Ленца: Q = I² · R · t [Дж]

Для электронагревательных приборов вся работа тока идет на выделение тепла (Q = A). Если же в цепь включен электродвигатель, механическая работа составляет лишь часть полной работы тока, а остальное уходит на нагрев обмоток.

Практика ОГЭ: разбор типовой расчетной задачи

Разберем классическую задачу из второй части ОГЭ по физике (задание расчетного типа с развернутым ответом). Это позволит наглядно увидеть, как применять формулы в строгом соответствии с критериями проверки ФИПИ.

Условие задачи: Два резистора с сопротивлениями R₁ = 6 Ом и R₂ = 12 Ом соединены параллельно и подключены к источнику с постоянным напряжением U = 24 В. Найдите общее количество теплоты, выделившееся в цепи за время t = 5 минут.

Дано:
\( R_1 = 6 \text{Ом} \)
\( R_2 = 12 \text{Ом} \)
\( U = 24 \text{В} \)
t = 5 мин = 300 с
Найти: Q — ?

Решение:
1. Вычислим эквивалентное сопротивление параллельного участка цепи:
R_общ = (R₁ · R₂) / (R₁ + R₂) = (6 · 12) / (6 + 12) = 72 / 18 = 4 Ом.

2. Так как вся работа электрического тока переходит в теплоту, используем формулу для тепловой мощности через постоянное напряжение:
Q = (U² / R_общ) · t.

3. Подставим числовые значения в единицах СИ:
\( Q = (\dfrac{24^2}{4}) \cdot 300 = (\dfrac{576}{4}) \cdot 300 = 144 \cdot 300 = 43 200 \text{Дж} = 43,2 \text{кДж}. \)

Ответ: Q = 43,2 кДж.

Такое пошаговое оформление с явным переводом минут в секунды и указанием единиц измерения гарантирует максимальный балл от экспертов ОГЭ.

Что запомнить и как не потерять баллы на экзамене

Чтобы без ошибок решать задачи на постоянный ток, держи в голове ключевые выводы:

1. Закон Ома связывает силу тока, напряжение и сопротивление: I = U / R. Всегда проверяй, к какому именно участку цепи ты его применяешь.

2. При последовательном соединении постоянен ток (I), а напряжения складываются. При параллельном соединении одинаково напряжение (U), а токи ветвей суммируются.

3. При выборе формулы мощности (P = I² · R или P = U² / R) отталкивайся от того, какая величина неизменна для соединенных элементов.

4. Внимательно следи за единицами времени (минуты переводи в секунды) и удельного сопротивления.

Хочешь закрепить теорию на реальных экзаменационных бланках? Перейди в личный кабинет ученика и реши 5 тренировочных задач по законам постоянного тока с моментальной автоматической проверкой решений.