Формула, которую вы привели, используется для вычисления эквивалентного сопротивления двух резисторов, соединенных параллельно. Давайте разберемся, как она получается и почему именно такие операции применяются.
Основные понятия
В параллельном соединении резисторов напряжение на каждом из них одинаково, но ток через них может быть разным. Общее сопротивление в такой системе всегда меньше, чем сопротивление каждого из резисторов, поскольку ток имеет несколько путей для прохождения.
Вывод формулы
Закон Ома и параллельное соединение:
- Для каждого резистора в параллельной цепи действует закон Ома: ( I_1 = \frac{V}{R_1} ) и ( I_2 = \frac{V}{R_2} ), где ( V ) — общее напряжение на резисторах, ( I_1 ) и ( I_2 ) — токи через соответствующие резисторы.
Общий ток:
- Общий ток в цепи ( I ) равен сумме токов через каждый из резисторов:
[
I = I_1 + I_2 = \frac{V}{R_1} + \frac{V}{R_2}
]
Подставляем общий ток в закон Ома для эквивалентного сопротивления:
- По закону Ома для эквивалентного сопротивления ( R ) имеем:
[
I = \frac{V}{R}
]
- Подставляя выражение для общего тока, получаем:
[
\frac{V}{R} = \frac{V}{R_1} + \frac{V}{R_2}
]
Упрощаем уравнение:
- Убираем напряжение ( V ) из уравнения, так как оно одинаковое и ненулевое:
[
\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}
]
Общий знаменатель:
- Приводим правую часть уравнения к общему знаменателю:
[
\frac{1}{R} = \frac{R_2 + R_1}{R_1 R_2}
]
Находим эквивалентное сопротивление ( R ):
- Инвертируем уравнение, чтобы выразить ( R ):
[
R = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}
]
Почему именно такие операции:
Умножение ( R_1 \times R_2 ): Это шаг, который появляется в процессе приведения дробей к общему знаменателю. Он отражает взаимодействие двух резисторов в цепи, которые распределяют ток между собой.
Сложение ( R_1 + R_2 ): Это сумма сопротивлений в числителе общей дроби после приведения к общему знаменателю. Она отражает суммарный эффект параллельного соединения, где каждый резистор пропускает часть тока.
Таким образом, формула ( R = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} ) является следствием применения закона Ома к параллельному соединению и алгебраических преобразований, учитывающих распределение тока в цепи.