На рисунке 166 показано включение двух одинаковых ламп в осветительную сеть. На какое напряжение рассчитаны лампы? Предложите, как следует изменить схему, чтобы две лампы, рассчитанные на напряжение 220 В каждая, горели полным накалом.

рис. 166

Для того чтобы ответить на вопрос задачи, необходимо изучить теоретическую часть, связанную с электрическими цепями, напряжением, током и сопротивлением. Рассмотрим подробно основные понятия и принципы.

1. Электрическое напряжение

Напряжение — это физическая величина, которая показывает, какая работа совершается электрическим полем при перемещении заряда. Напряжение измеряется в вольтах (В) и обозначается буквой $U$. Формула для напряжения:

$$ U = \frac{A}{q}, $$

где:
− $A$ — работа электрического поля (в Джоулях),
− $q$ — заряд (в кулонах).

2. Электрический ток

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц под действием электрического поля. Сила тока обозначается буквой $I$ и измеряется в амперах (А). Формула для силы тока:

$$ I = \frac{q}{t}, $$

где:
− $q$ — электрический заряд (в кулонах),
− $t$ — время (в секундах).

3. Закон Ома для участка цепи

Основной закон электродинамики для расчета параметров цепи — это закон Ома. Он гласит:

$$ I = \frac{U}{R}, $$

где:
− $I$ — сила тока (в амперах),
− $U$ — напряжение на участке цепи (в вольтах),
− $R$ — сопротивление участка цепи (в омах).

4. Сопротивление и его влияние на электрическую цепь

Сопротивление — это физическая величина, которая характеризует препятствие к прохождению электрического тока. Оно зависит от материала проводника, его геометрических размеров и температуры. Формула для расчета сопротивления:

$$ R = \rho \cdot \frac{l}{S}, $$

где:
− $\rho$ — удельное сопротивление материала,
− $l$ — длина проводника,
− $S$ — площадь поперечного сечения.

5. Соединение элементов электрической цепи

Элементы электрической цепи могут быть соединены двумя основными способами: параллельно и последовательно.

а) Последовательное соединение
− При последовательном соединении элементы цепи подключаются друг за другом.
− Сила тока $I$ одинакова во всех элементах цепи.
− Общее сопротивление $R_\text{общ}$ складывается:
$$ R_\text{общ} = R_1 + R_2 + \dots + R_n. $$
− Общее напряжение $U_\text{общ}$ распределяется между элементами:
$$ U_\text{общ} = U_1 + U_2 + \dots + U_n. $$

б) Параллельное соединение
− При параллельном соединении элементы цепи подключаются к одной и той же паре узлов.
− Напряжение $U$ на всех элементах одинаково.
− Общая сила тока $I_\text{общ}$ распределяется между элементами:
$$ I_\text{общ} = I_1 + I_2 + \dots + I_n. $$
− Общее сопротивление рассчитывается по формуле:
$$ \frac{1}{R_\text{общ}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \dots + \frac{1}{R_n}. $$

6. Работа и мощность электрического тока

а) Работа электрического тока
Работа электрического тока $A$ определяется по формуле:
$$ A = U \cdot I \cdot t, $$
где:
− $U$ — напряжение,
− $I$ — сила тока,
− $t$ — время.

б) Мощность электрического тока
Мощность $P$ показывает, какая работа совершается электрическим током за единицу времени. Формула для мощности:
$$ P = U \cdot I. $$

7. Особенности работы ламп накаливания

Лампы накаливания — это тип электрического устройства, которое преобразует электрическую энергию в световую и тепловую. Основные характеристики:
− Номинальное напряжение лампы — это напряжение, при котором лампа работает с максимальной эффективностью и без риска повреждения.
− Если напряжение ниже номинального, лампа будет светить тускло.
− Если напряжение выше номинального, лампа может перегореть.

8. Анализ схемы

На схеме представлены две лампы, включенные в электрическую цепь. Важно учитывать, каким способом они соединены, чтобы определить, как распределяется напряжение между ними:
− Если лампы соединены последовательно, то общее напряжение сети делится между ними.
− Если лампы соединены параллельно, то напряжение на каждой лампе будет равно напряжению сети.

9. Условия для работы ламп с полным накалом

Для того чтобы лампы горели ярко и стабильно, напряжение на каждой из них должно быть равно номинальному значению, указанному в задаче (220 В). Это возможно только при правильном подключении ламп к сети.