Краткое пояснение: Используя закон Ома и правила соединения резисторов, найдем эквивалентное сопротивление искомых участков цепи, а затем рассчитаем неизвестные величины.
Пошаговое решение:
- Найдем напряжение на резисторе R₂, зная ток через него и его сопротивление:
\( U_2 = I_2 \cdot R_2 = 3 \text{ А} \cdot 12 \text{ Ом} = 36 \text{ В} \). - Так как R₁ и R₂ соединены параллельно, напряжение на них одинаково: \( U_1 = U_2 = 36 \text{ В} \).
- Найдем ток через резистор R₁:
\( I_1 = \frac{U_1}{R_1} = \frac{36 \text{ В}}{6 \text{ Ом}} = 6 \text{ А} \). - Найдем эквивалентное сопротивление параллельного участка R₁ и R₂:
\( R_{12} = \frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2} = \frac{6 \text{ Ом} \cdot 12 \text{ Ом}}{6 \text{ Ом} + 12 \text{ Ом}} = \frac{72}{18} \text{ Ом} = 4 \text{ Ом} \). - Найдем напряжение на резисторе R₃:
\( U_3 = I_2 \cdot R_3 = 3 \text{ А} \cdot 8 \text{ Ом} = 24 \text{ В} \). - Найдем напряжение на резисторе R₄:
\( U_4 = I_2 \cdot R_4 = 3 \text{ А} \cdot 8 \text{ Ом} = 24 \text{ В} \). - Так как R₃ и R₄ соединены параллельно, напряжение на них одинаково. Найдем эквивалентное сопротивление этого участка:
\( R_{34} = \frac{R_3 \cdot R_4}{R_3 + R_4} = \frac{8 \text{ Ом} \cdot 8 \text{ Ом}}{8 \text{ Ом} + 8 \text{ Ом}} = \frac{64}{16} \text{ Ом} = 4 \text{ Ом} \). - Найдем ток через резистор R₅:
\( I_5 = I_2 = 3 \text{ А} \). - Найдем напряжение на резисторе R₅:
\( U_5 = I_5 \cdot R_5 = 3 \text{ А} \cdot 3 \text{ Ом} = 9 \text{ В} \). - Найдем общее сопротивление цепи:
\( R = R_{12} + R_{34} + R_5 = 4 \text{ Ом} + 4 \text{ Ом} + 3 \text{ Ом} = 11 \text{ Ом} \). - Найдем общий ток в цепи:
\( I = I_1 + I_2 = 6 \text{ А} + 3 \text{ А} = 9 \text{ А} \) (так как ток из ветви R₁ и R₂ и ток из ветви R₃ и R₄ суммируются перед R₅, но на схеме показано, что I₂ протекает через R₃ и R₄, а значит I = I₁ + I₅, где I₅ = I₂ = 3A, а I₁ = 6A. Таким образом, I = 6А + 3А = 9А). - Найдем общее напряжение цепи:
\( U = I \cdot R = 9 \text{ А} \cdot 11 \text{ Ом} = 99 \text{ В} \) или \( U = U_{12} + U_{34} + U_5 = 36 \text{ В} + 24 \text{ В} + 9 \text{ В} = 69 \text{ В} \). - В таблице представлены значения токов и напряжений. Заполним ее:
\( I_1 = 6 \text{ А} \), \( I_2 = 3 \text{ А} \), \( I_3 = ? \), \( I_4 = ? \), \( I_5 = I_{total} \). - Из анализа схемы, ток I₂ (3А) проходит через параллельное соединение R₃ и R₄. Общий ток I = I₁ + I₂.
\( I = 6 \text{ А} + 3 \text{ А} = 9 \text{ А} \).
Таким образом, \( I_5 = 9 \text{ А} \). - Напряжение на R₃ и R₄ равно \( U_{34} = I_2 \cdot R_{34} = 3 \text{ А} \cdot 4 \text{ Ом} = 12 \text{ В} \).
- Напряжение на R₅ равно \( U_5 = I_5 \cdot R_5 = 9 \text{ А} \cdot 3 \text{ Ом} = 27 \text{ В} \).
- Общее напряжение цепи \( U_{AB} = U_{12} + U_{34} + U_5 = 36 \text{ В} + 12 \text{ В} + 27 \text{ В} = 75 \text{ В} \).
- Ток I₃ и I₄ неизвестны, но мы знаем, что \( I_3 + I_4 = I_2 = 3 \text{ А} \) и \( U_3 = U_4 = 12 \text{ В} \).
- \( I_3 = \frac{U_3}{R_3} = \frac{12 \text{ В}}{8 \text{ Ом}} = 1,5 \text{ А} \)
- \( I_4 = \frac{U_4}{R_4} = \frac{12 \text{ В}}{8 \text{ Ом}} = 1,5 \text{ А} \)
- \( I_1 = 6 \text{ А} \)
- \( I_2 = 3 \text{ А} \)
- \( U_1 = 36 \text{ В} \)
- \( U_2 = 36 \text{ В} \)
- \( U_3 = 12 \text{ В} \)
- \( U_4 = 12 \text{ В} \)
- \( U_5 = 27 \text{ В} \)
- \( R = 11 \text{ Ом} \)
- \( I = 9 \text{ А} \)
- \( U = 75 \text{ В} \)
| I₁ | I₂ | I₃ | I₄ | I₅ | U₁ | U₂ | U₃ | U₄ | U₅ | R | I | U |
| 6 А | 3 А | 1,5 А | 1,5 А | 9 А | 36 В | 36 В | 12 В | 12 В | 27 В | 11 Ом | 9 А | 75 В |