Закон Ома

В практической электротехнике большое значение имеет за­висимость между напряжением на концах проводника и величиной тока в нем. Эта зависимость выражена в законе Ома. Закон Ома для цепиНо перед тем, как разобраться, что представляет собой закон Ома, необходимо разобрать понятия «плотность тока» и «электрическая проводимость».

Плотность тока. Электрическая проводимость

Плотность тока в проводе зависит от количества электричества (заряда), проходящего через единицу поперечного сечения  провода в секунду. Плотность электрического тока на рисунке:

Плотность тока

В свою очередь, этот заряд зависит от средней скорости движения заряженных частиц в направлении, параллельном оси провода. Средняя скорость движения частиц пропорциональна силе поля в проводе или напряженности электрического поля. Таким образом, плотность тока  в проводе пропорциональна напряженности электрического поля Е, т. е.

j = yE 

где y — коэффициент, зависящий от материала провода и его температуры и называется удельная электрическая проводимость.

Так как в однородном поле
E = U / i, а j = I / S
то
I / S = j U / l

откуда

I = j S / l U = g U

где g — величина, зависящая от материала провода, его длины и поперечного сечения и называемая электрической про­водимостью, при неизменной температуре постоянна для данного провода. Электрическая проводимость величина обратная сопротивлению и измеряется в Сименсах (См).
Электрическая проводимость

Выражение I = jS/l U = gU, найденное опытным путем в первой поло­вине XIX века, представляет собой закон Ома, который явля­ется одним из основных законов электротехники. Согласно за­кону Ома, ток в проводнике прямо пропорционален напряже­нию между его концами.

Закон Ома для электрической цепи

В простейшем случае электрическая цепь состоит из источника питания и нагрузки (потребителя).

Электрическая цепь

Закон Ома для участка цепи звучит так:

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Закон Ома формула:

Закон Ома для участка

Используя формулу закона Ома и зная два параметра цепи можно найти и третий. Например зная ток и напряжение на участке цепи можно вычислить сопротивление этой цепи. Для это цели придумали «магический треугольник» закона Ома:

Закон ома для участка цепи

Теперь мы рассмотрим закон Ома для полной цепи.

Для выше изображенной электрической цепи в другой статье было получено уравнение:
Е = U + U0.
По закону Ома напряжения U и U0 пропорциональны току в цепи:
U = Ir и U0 = Ir0,
где r0 — внутреннее сопротивление источника питания, а r—сопротивление внешнего участка цепи.
Подставив вместо U и U0 их значения, получим, что
Е = Ir + Ir0 = I(r + r0).
Отсюда ток
I = E / r +r0
Найденная зависимость называется законом Ома для электрической цепи или закон Ома для полной электрической цепи. Этот закон звучит так:

Ток в цепи прямо пропорционален ЭДС источника питания и обратно пропорционален сопротивлению нагрузки, плюс сопротивление проводников цепи, плюс внутреннее сопротивление источника питания.

Из статьи также следует, что напряжение на зажимах источника питания
U = E — U0 = E — Ir0.
Размыкание электрической цепи соответствует увеличению сопротивления приемника (внешнего сопротивления) до бесконечности. В этом случае ток равен нулю, а напряжение на зажимах источника питания
U = Е — Ir0 = E

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *