§ 7. Закон Ома

Закон Ома для электрической цепи. Согласно этому закону сила тока I в электрической цепи равна э. д. с. Е источника, поде­ленной на сопротивление цепи /?_Ц) т. е.

Полное сопротивление замкнутой электрической цепи (рис. 13) можно представить в виде суммы сопротивления внешней цепи /? (например, какого-либо приемника электрической энергии) и внут­реннего сопротивления /?₀ источника. Поэтому сила тока

Чем больше э. д. с. Е источника и чем меньше сопротивление электрической цепи, тем больший ток проходит по этой цепи.

Закон Ома для участка электрической цепи. Закон Ома может быть применен не только ко всей цепи, но и к любому ее участку, например между точками а и б (см. рис. 13). В этом случае э. д. с. Е источника в формуле (7) должна быть заменена разностью потенциалов между началом и концом рассматриваемого участка, т. е. напряжением 11, а вместо сопротивления всей цепи в формулу должно быть подставлено сопротивление /? данного участка. В этом случае закон Ома формулируется следующим образом. Сила тока I на данном участке электрической цепи равна напряжению V, приложенному к участку, поделенному на сопротивление Я этого участка:

Прохождение электрического тока по проводникам полностью аналогично прохождению воды по трубам (рис. 14). Чем больше разность уровней воды при входе и выходе из трубы (напор) и чем больше поперечное сечение трубы, тем больше воды протекает сквозь трубу в единицу времени. Точно так же, чем больше разность электрических потенциалов (напряжение) на зажимах источника или приемника электрической энергии и чем меньше его сопротив­ление (т. е. чем больше площадь поперечного сечения проводника), тем больший ток проходит по нему.

Из формулы (9) следует, что напряжение V, действующее на некотором участке цепи, равно произведению силы тока I на сопро­тивление Я этого участка:

Так как потенциал электрического поля в начале участка электрической цепи больше, чем в конце, разность потенциалов, или напряжение II, приложенное к участку электрической цепи, часто называют падением напряжения на данном участке.

Сопротивление Я участка цепи равно напряжению, приложенному к данному участку, поделенному на силу тока на этом участке, т. е.

Если сопротивление /? не зависит от проходящего по нему тока и приложенного к нему напряжения, то его вольт-амперная харак­теристика, т. е. зависимость силы тока / от напряжения с/, пред­ставляет собой прямую линию / (рис. 15). Такие сопротивления называют линейными, а электрические цепи, в которых включены подобные сопротивления,— линейными цепями.

Однако в электротехнике широко применяют и такие устройства, сопротивление которых резко изменяется в зависимости от силы или направления проходящего через них тока либо приложенного напряжения. Подобные сопротивления имеют вольт-амперную харак­теристику, отличающуюся от прямой (кривая 2 на рис. 15), и назы­ваются поэтому нелинейными сопротивлениями. Простейшим не­линейным сопротивлением является электрическая лампа накалива­ния. При протекании тока по металлической нити лампа нагрева­ется и сопротивление ее возрастает. Следовательно, при увеличении приложенного к лампе напряжения сила тока будет возрастать не прямо пропорционально напряжению, а в несколько меньшей степени.

В принципе большинство электрических устройств может быть представлено в виде нелинейного сопротивления, так как при из­менении силы тока меняется температура данного устройства, а сле­довательно, и его сопротивление. Однако у многих из них вольт-амперные характеристики в рабочем диапазоне изменений напряже­ния и тока мало отличаются от прямой, поэтому приближенно можно их считать линейными сопротивлениями.

К сопротивлениям с нелинейной вольт-амперной характеристикой относятся электрические лампы накаливания, термисторы (полу­проводниковые резисторы, сопротивление которых сильно изменяется при изменении температуры), полупроводниковые диоды, тиристоры и транзисторы, электронные лампы и пр. Нелинейные сопротивле­ния широко используют в электротехнике для автоматического регулирования силы тока и напряжения в электрических цепях, электрических измерений, выпрямления тока и пр.