§ 26. Электрическая цепь и ее элементы

Чтобы разобраться в устройстве электроприбора или устранить неисправность электропроводки, прежде всего необходимо иметь схему соответствующей электрической цепи. О том, что такое электрическая цепь, из чего она состоит и как на ее схеме изображают некоторые электрические устройства, вы узнаете из этого параграфа.

Знакомимся с электрической цепью

Любое электрическое устройство — мобильный телефон, планшет, ноутбук, фонарик, цифровой фотоаппарат, калькулятор и др. — имеет определенный набор обязательных элементов. Чтобы выделить эти обязательные элементы и понять их назначение, создадим модель простейшего электрического устройства — карманного фонарика (рис. 26.1).

Чтобы электрическое устройство работало, прежде всего необходим источник тока. В представленной модели источником тока является батарея гальванических элементов (1). Батарея имеет два вывода (полюса). Вывод батареи, на котором накапливается избыточный положительный заряд, обозначен на ней знаком «+».

Второй обязательный элемент — потребитель электрической энергии. В представленной модели это электрическая лампа (2). Любой потребитель тоже имеет два вывода (в лампе они расположены на цоколе — металлическом цилиндре с нарезкой, соединенном со стеклянным баллоном).

Источник тока и потребитель соединены с помощью соединительных элементов — проводов 14 (3). Для их крепления используют специальные устройства (рис. 26.2), пайку или сварку.

Соединенные проводниками в определенном порядке источник тока, потребители, замыкающие (размыкающие) устройства образуют электрическую цепь.

Обратите внимание: в реальном устройстве важен определенный порядок соединения элементов электрической цепи.

На рис. 26.3 изображены две простейшие электрических цепи, которые содержат одинаковые элементы. При этом способ соединения некоторых элементов (ламп) является разным. На рис. 26.3, а лампы соединены последовательно, на рис. 26.3, б — параллельно.

Знакомимся с механическим аналогом электрической цепи

Чтобы лучше понять назначение элементов электрической цепи, рассмотрим ее механическую модель (рис. 26.4). Модель состоит из двух наполненных водой сосудов (П+ и П-), трубки (3), вертушки (2) и. вашего товарища (1), заданием которого будет непрерывное переливание воды из сосуда П- в сосуд П+. Погрузив один конец трубки в сосуд с более высоким уровнем воды (П+), создадим «водяной ток», который будет вращать вертушку.

Чтобы вертушка не останавливалась, необходимо постоянно поддерживать «водяной ток». А он будет существовать, пока существует разница уровней воды в сосудах, то есть пока ваш товарищ будет переливать воду. И точно так же электрический ток будет существовать в цепи, пока работает источник тока. Непрерывно «перенося» заряды с одного полюса на другой, источник тока создает и поддерживает электрическое поле. Вы, конечно, догадались, что «водяной ток» в механической модели является аналогом электрического тока.

Механическим аналогом какого элемента электрической цепи является трубка с водой?

Мы можем закрыть трубку пробкой и таким образом остановить поток воды. Следовательно, в этом случае пробка является механическим аналогом ключа в электрической цепи.

Если заморозить воду в трубке, «водяной ток» прекратится. Таким образом, условием существования «водяного тока» является наличие «субстанции», которая может свободно передвигаться. Для электрической цепи такой «субстанцией» являются свободные заряженные частицы (например, электроны в металлах или ионы в жидкостях).

Обратите внимание на то, что нам совсем не обязательно видеть течение воды в трубке. Его наличие можно зафиксировать, наблюдая, например, за вращением вертушки. Точно так же вывод о наличии электрического тока мы делаем, когда наблюдаем его действия.

Знакомимся с электрическими схемами

Чтобы показать, какие именно электрические устройства следует взять и как их соединить, чтобы собрать определенную электрическую цепь, используют электрические схемы (часто их называют просто схемами).

Электрическая схема — это чертеж, на котором условными обозначениями показано, из каких элементов состоит электрическая цепь и каким образом эти элементы соединены между собой.

Условные обозначения некоторых элементов электрической цепи приведены в таблице на с. 138. Обратите внимание на обозначения источников тока (гальванического элемента или аккумулятора и батареи гальванических элементов или аккумуляторов): принято, что длинная черточка обозначает положительный полюс источника тока, а короткая — отрицательный. Направление тока показывают на схемах стрелкой.

За направление тока в цепи условно принято направление, в котором двигались бы по цепи частицы, имеющие положительный заряд, то есть направление от положительного полюса источника тока к отрицательному.