Дано:
- Резистор R₁ = 5 Ом
- Резистор R₂ = 20 Ом
- Сила тока I = 1 А (входящий ток)
Задача: Найти показания амперметра А, который показывает ток через один из резисторов.
Решение:
Определение эквивалентного сопротивления: При соединении резисторов параллельно, общее (эквивалентное) сопротивление Rₑ рассчитывается по формуле:
\[ \frac{1}{Rₑ} = \frac{1}{R₁} + \frac{1}{R₂} \]
Подставим значения резисторов:
\[ \frac{1}{Rₑ} = \frac{1}{5} + \frac{1}{20} \]
Приведем дроби к общему знаменателю (в данном случае 20):
\[ \frac{1}{Rₑ} = \frac{4}{20} + \frac{1}{20} = \frac{5}{20} \]
Обратим дробь:
\[ Rₑ = \frac{20}{5} = 4 \, \text{Ом} \]
Определение общего тока в цепи: Из закона Ома, если в цепи есть общее напряжение (U), то этот ток можно выразить следующим образом:
\[ I = \frac{U}{Rₑ} \]
Но так как у нас уже дан ток I = 1 А, продолжим следующий шаг.
Распределение тока между резисторами: В параллельном соединении резисторов токи делятся таким образом:
\[ I₁ = \frac{U}{R₁} \quad \text{и} \quad I₂ = \frac{U}{R₂} \]
Сначала нам необходимо найти общее напряжение в цепи, используя общее выражение для тока в параллельных резисторах:
\[ I = I₁ + I₂ \]
Обозначим напряжение U. Тогда:
\[ 1 = I₁ + I₂ \]
Мы уже знаем, что:
\[ I₁ = \frac{U}{R₁} = \frac{U}{5} \quad \text{и} \quad I₂ = \frac{U}{R₂} = \frac{U}{20} \]
Подставим их в уравнение:
\[ 1 = \frac{U}{5} + \frac{U}{20} \]
Приведем к общему знаменателю:
\[ 1 = \frac{4U + U}{20} = \frac{5U}{20} \]
Упростим:
\[ 1 = \frac{U}{4} \implies U = 4 \, \text{В} \]
Расчет токов через резисторы: Теперь можем найти токи через каждый из резисторов:
Для \(R₁\) (5 Ом): \[ I₁ = \frac{U}{R₁} = \frac{4}{5} = 0.8 \, \text{А} \]
Для \(R₂\) (20 Ом): \[ I₂ = \frac{U}{R₂} = \frac{4}{20} = 0.2 \, \text{А} \]
Таким образом, амперметр А показывает силу тока:
Ответ: Амперметр А показывает 0.8 A через резистор R₁ и 0.2 A через резистор R₂.