§ 26. Закон Ома для полной электрической цепи. КПД источника тока
Пример 1. Резистор с сопротивлением R = 3,0 Ом подключён к источнику тока с ЭДС = 8,0 В и внутренним сопротивлением r = 1,0 Ом. Определите полезную мощность тока и КПД источника тока в данной цепи.
R = 3,0 Ом
r = 1,0 Ом
η — ?
Решение: Полезной является мощность тока на внешнем участке цепи, т. е. на резисторе: Pполезн = I2R. С учётом закона Ома для полной цепи получим:
КПД источника тока в данной цепи определим по формуле
Ответ: Pполезн = 12 Вт, η = 75 %.
Пример 2. Конденсатор подключён к источнику тока (рис. 132.1, а). При подключении параллельно конденсатору резистора с сопротивлением R = 20 Ом (рис. 132.1, б) заряд на конденсаторе уменьшился в α = 1,4 раза. Определите внутреннее сопротивление источника тока.

R = 20 Ом
α =
Решение: При подключении конденсатора к источнику тока напряжение на конденсаторе равно напряжению на полюсах источника (цепь разомкнута, см. рис. 132.1, а) . После того, как параллельно конденсатору подключили резистор (см. рис. 132.1, б), в цепи возник электрический ток. Силу тока можно определить, используя закон Ома для полной цепи:
. В этом случае напряжение на конденсаторе стало равно напряжению на резисторе:
. Поскольку напряжение на конденсаторе прямо пропорционально его заряду
и
, то
и r = 0,40 R. Таким образом,
r = 0,40 · 20 Ом = 8,0 Ом.
Ответ: r = 8,0 Ом.
Пример 3. Электродвигатель в сети постоянного тока с напряжением U = 120 В потребляет ток силой I = 6,0 А. Определите сопротивление его обмотки, если КПД электродвигателя η = 80 %.
U = 120 В
I = 6,0 А
η = 80 %
Решение: Мощность, потребляемую электродвигателем, определим по формуле Pполн = IU (1). Часть этой мощности затрачивается на нагревание обмотки: P = I2R, а часть — превращается в полезную механическую мощность Pполезн электродвигателя. На основании закона сохранения энергии
Pполн = I2R + Pполезн.
(2)
Используя формулы (1) и (2), запишем выражение для нахождения полезной мощности электродвигателя:
Pполезн = Pполн - I2R = IU - I2R.
(3)
КПД электродвигателя определим по формуле .
С учётом формул (1) и (3) получим:
.
(4)
Сопротивление обмотки электродвигателя выразим из формулы (4):
Ответ: R = 4,0 Ом.