§ 44. Последовательное соединение проводников

Последовательным называют соединение, при котором проводники образуют одну цепочку без разветвлений. Конец одного элемента соединён с началом следующего, и заряд проходит через каждый из них по очереди. В установившемся режиме заряд не накапливается в промежуточных точках, поэтому сила тока одинакова на всех участках: I = I₁ = I₂. Это следствие сохранения заряда, а не особое свойство одинаковых ламп или одинаковых резисторов.

Общее напряжение на цепочке равно сумме напряжений на её элементах: U = U₁ + U₂. Электрическое поле совершает работу при переносе заряда через каждый участок, и эти работы складываются. При одинаковом токе закон Ома даёт U₁ = IR₁ и U₂ = IR₂. Следовательно, большему сопротивлению соответствует большее напряжение, а отношение напряжений равно отношению сопротивлений: U₁/U₂ = R₁/R₂. Равными напряжения будут только у равных сопротивлений.

Полное сопротивление последовательной цепи находится сложением: R = R₁ + R₂. Для трёх и большего числа элементов добавляют сопротивления всех участков. Поэтому общее сопротивление больше сопротивления любого отдельного элемента. Например, резисторы 4 Ом и 8 Ом образуют цепочку сопротивлением 12 Ом. Если подать на неё 24 В, ток составит 2 А, а напряжения будут 8 В и 16 В. Их сумма действительно равна напряжению источника.

Разрыв любого звена прекращает ток во всей неразветвлённой цепи. Это полезно для выключателей и защитных контактов, но неудобно, если потребители должны работать независимо. При решении задачи сначала находят общее сопротивление и общий ток, затем напряжения на отдельных элементах. Амперметр можно включить в любой участок цепочки, а вольтметр подключают к нужной паре точек. Не следует переносить правило одинакового тока на разветвлённые цепи: там поток заряда может распределяться между несколькими путями.