Закон Ома
U — напряжение, I — сила тока, R — сопротивление.
Зако́н О́ма — эмпирический физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника или электрического напряжения с силой тока и сопротивлением проводника, установлен в 1826 году, и назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.
В
своей оригинальной форме он был записан
его автором в виде :
Здесь
X —
показания гальванометра,
т.е в современных обозначениях сила
тока I,
a —
величина, характеризующая свойства
источника напряжения, постоянная в
широких пределах и не зависящая от
величины тока, то есть в современной
терминологии электродвижущая сила
(ЭДС)
,
l —
величина, определяемая длиной соединяющих
проводов, чему в современных представлениях
соответствует сопротивление внешней
цепи R
и, наконец, b
параметр, характеризующий свойства
всей установки, в котором сейчас можно
усмотреть учёт внутреннего сопротивления
источника тока r[1].
В таком случае в современных терминах и в соответствии с предложенной автором записи формулировка Ома (1) выражает
Закон Ома для полной цепи:
где:
— ЭДС источника напряжения,
—
сила
тока
в цепи,
—
сопротивление
всех внешних элементов цепи,
—
внутреннее
сопротивление
источника
напряжения.
Из закона Ома для полной цепи вытекают следствия:
При r<<R сила тока в цепи обратно пропорциональна её сопротивлению. А сам источник в ряде случаев может быть назван источником напряжения
При r>>R сила тока от свойств внешней цепи (от величины нагрузки) не зависит. И источник может быть назван источником тока.
Часто[2] выражение
где
есть
напряжение,
или падение
напряжения
(или, что то же, разность
потенциалов
между началом и концом участка проводника),
тоже называют «Законом Ома».
Таким образом, электродвижущая сила в замкнутой цепи, по которой течёт ток в соответствии с (2) и (3) равняется:
То есть сумма падений напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока и на внешней цепи равна ЭДС источника. Последний член в этом равенстве специалисты называют «напряжением на зажимах», поскольку именно его показывает вольтметр, измеряющий напряжение источника между началом и концом присоединённой к нему замкнутой цепи. В таком случае оно всегда меньше ЭДС.
К другой записи формулы (3), а именно:
применима другая формулировка:
|
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи. |
|
Выражение (5) можно переписать в виде:
где коэффициент пропорциональности G назван проводимость или электропроводность. Изначально единицей измерения проводимости был «обратный Ом» — Mо[3], в Международной системе единиц (СИ) единицей измерения проводимости является си́менс (русское обозначение: См; международное: S), величина которого равна обратному ому.
Мнемоническая диаграмма для Закона
Схема, иллюстрирующая три составляющие закона Ома
Диаграмма, помогающая запомнить закон Ома. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления
Электрическое напряжение Сила тока Электрическая мощность Электрическое сопротивление
В соответствии с этой диаграммой формально может быть записано выражение:
которое всего лишь позволяет вычислить (применительно к известному току, создающему на заданном участке цепи известное напряжение), сопротивление этого участка. Но математически корректное утверждение о том, что сопротивление проводника растёт прямо пропорционально приложенному к нему напряжению и обратно пропорционально пропускаемому через него току, физически ложно.
В специально оговорённых случаях сопротивление может зависеть от этих величин, но по умолчанию оно определяется лишь физическими и геометрическими параметрами проводника:
где:
—
удельное
электрическое сопротивление материала,
из которого сделан проводник,
—
его
длина
—
площадь
его поперечного сечения