4. Закон ома

Співвідношення між ЕРС, опором і силою струму в замкненому колі виражається законом Ома, який можна сформулювати так: сила струму в замкненому колі прямо пропорційна електрорушійній силі й обернено пропорційна опорові всього кола.

Струм у колі виникає під дією ЕРС; чим більша ЕРС джерела енергії, тим вища сила струму в замкненому колі. Опір кола перешкоджає проходженню струму, отже, чим більший опір кола, тим менша сила струму.

Закон Ома можна виразити формулою

де R — опір зовнішньої частини кола; R₀ — внутрішній опір джерела.

У цих формулах сила струму виражена в амперах, ЕРС — у вольтах, опір — в омах.

Для вимірювання малої сили струму замість ампера застосовують одиницю, в тисячу разів меншу від нього — міліампер (мА): 1 А = 1000 мА.

Опір усього кола R + R₀ = E/I.

Закон Ома справедливий не лише для всього кола, але й для будь-якої ділянки. Якщо на ділянці кола немає джерела енергії, то позитивні заряди на цій ділянці переміщуються від точки з вищим потенціалом до точок з нижчим потенціалом. Джерело енергії витрачає певну кількість енергії, підтримуючи різницю потенціалів між почат­ком і кінцем цієї ділянки. Така різниця потенціалів називається напругою між початком і кінцем ділянки.

Отже, застосовуючи закон Ома для ділянки кола, маємо I = U/R.

Закон Ома можна сформулювати таким чином: сила струму на ділянці електричного кола дорівнює напрузі на її затискачах, поділеній на опір цієї ділянки.

Напруга на ділянці кола дорівнює добуткові сили струму на опір цієї ділянки, тобто U = IR

З виразу закону Ома для замкненого кола маємо;

де IR — спад напруги в опорі R, тобто в зовнішньому колі, або інакше, напруга на затискачах джерела енергії (генератора) U; IR₀ — спад напруги на опорі тобто всередині джерела енергії (генератора).

Д ля вимірювання сили струму в колі використовують амперметр (міліамперметр). Напругу, як зазначалось вище, вимірюють вольтметром. Щоб приєднати амперметр, електричне коло розривають і в місці розриву кінці провідників з'єднують із затискачами амперметра (рис. 4). Отже, через прилад проходитиме весь вимірюваний струм. Вольтметр показує спад напруги на даній ділянці. Якщо вольтметр приєднати на початку зовнішнього кола, тобто до позитивного полюса джерела енергії, то він покаже спад напруги у всьому зовнішньому колі, який одночасно буде напругою на затискачах джерела енергії.

Напруга на затискачах джерела енергії (генератора) дорівнює різниці між ЕРС та спадом напруги на внутрішньому опорі цього джерела, тобто U = E - IR₀.

Якщо зменшувати опір зовнішнього кола R, то опір усього кола R + R₀ також зменшиться, а сила струму в колі збільшиться. Зі збільшенням сили струму спад напруги всередині джерела енергії зростатиме, оскільки внутрішній опір R₀ джерела енергії залишається незмінним. Отже, зі зменшенням опору зовнішнього кола напруга на затискачах джерела енергії також зменшиться. Якщо з'єднати затискачі джерела енергії з провідником, опір якого практично дорівнює нулеві, то сила струму в колі I = E/R₀. Цей вираз визначає найбільшу силу струму, яку можна одержати в колі даного джерела. Режим, за якого опір зовнішнього кола практично дорівнює нулеві, називається коротким замиканням.

Для джерел енергії з малим внутрішнім опором, наприклад для електричних генераторів (електромашин) та кислотних акумуляторів, коротке замикання надто небезпечне — воно може вивести з ладу ці джерела. Коротке замикання може виникнути, наприклад, внаслідок пошкодження ізоляції проводів, що з'єднують приймач із джерелом енергії. Позбавлені ізолюючого покриву металеві (звичайно мідні) лінійні проводи, доторкуючись один до одного, утворюють дуже малий опір, який порівняно з опором приймача дорівнює нулеві.

Щоб уберегти електротехнічну апаратуру від струмів короткого замикання, застосовують різноманітні захисні пристрої.