Обязательным условием существования электрического тока является наличие электрического поля, для существования которого, в свою очередь, необходима разность потенциалов (напряжение). Ток будет направлен в сторону уменьшения потенциалов (на рисунке – влево), а свободные электроны будут двигаться в обратную сторону.
На концах участка проводника заданы потенциалы φ_1 и φ_2, причем φ_1>φ_2. Напряжение в таком случае можно найти по формуле:
В 1826 году Георг Ом, обобщив итоги опытов, показавших, что, чем больше напряжение на участке, тем больше сила тока, проходящего через него, получил зависимость, названную законом Ома. В ходе экспериментов Ом выявил, что различные проводники при одинаково заданном напряжении будут проводить ток по-разному, т.е., каждый проводник обладает различной мерой проводимости. Эту величину назвали электрическим сопротивлением.
Определеение Закона Ома для однородного участка цепи гласит: сила тока для однородного проводника на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Формула закона Ома для однородного участка цепи
- I [А] – сила тока,
- U [В] – напряжение,
- R [Ом] – электрическое сопротивление.
Сопротивление – главная характеристика проводника. В зависимости от строения проводника, в них существует различное количество узлов кристаллической решетки и атомов примесей, взаимодействуя с которыми электроны замедляются.
8.3. Закон Ома
8.3.2. Закон Ома для неоднородного участка и для полной цепи
Электродвижущая сила (ЭДС) источника численно равна работе, совершаемой сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда, и определяется отношением:
ℰ = A ст q ,
где A ст - работа сторонних сил (сил некулоновского происхождения) по перемещению заряда q .
В Международной системе единиц электродвижущая сила (ЭДС) измеряется в вольтах (1 В).
Участок цепи называется неоднородным (рис. 8.8), если он включает ЭДС источника, т.е. на нем действуют сторонние силы.
Рис. 8.8
Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет следующий вид:
I = φ 2 − φ 1 + ℰ R + r ,
где I - сила тока; ϕ 1 - потенциал точки A ; ϕ 2 - потенциал точки B ; ℰ - ЭДС источника тока; R - сопротивление участка; r - внутреннее сопротивление источника тока.
Полная ( замкнутая ) цепь изображена на рис. 8.9.
Рис. 8.9
Точками A и B обозначены клеммы источника ЭДС. Замкнутую цепь можно разделить на два участка:
- внутренний - участок, содержащий источник ЭДС;
- внешний - участок, не содержащий источник ЭДС.
Направление электрического тока:
- во внутренней цепи - от «минуса» к «плюсу»;
- во внешней цепи - от «плюса» к «минусу».
Сила тока в полной (замкнутой ) цепи (см. рис. 8.9) определяется законом Ома (сила тока в замкнутой цепи, содержащей источник тока, прямо пропорциональна электродвижущей силе этого источника и обратно пропорциональна сумме внешнего и внутреннего сопротивлений):
I = ℰ R + r ,
где I - сила тока; ℰ - электродвижущая сила (ЭДС) источника, ℰ = A ст /q ; A ст - работа сторонних сил (сил некулоновского происхождения) по перемещению положительного заряда q ; R - внешнее сопротивление цепи (нагрузка); r - внутреннее сопротивление источника тока.
Рис. 8.9
Электродвижущая сила (ЭДС) источника тока в замкнутой цепи представляет собой сумму
ℰ = IR + Ir ,
где IR - падение напряжения (разность потенциалов) на внешнем участке цепи; Ir - падение напряжения в источнике; I - сила тока; R - внешнее сопротивление цепи (нагрузка); r - внутреннее сопротивление источника тока.
Приведенное уравнение, записанное в виде
ℰ − Ir = IR ,
свидетельствует о равенстве разности потенциалов на клеммах источника тока U r = ℰ − Ir и разности потенциалов на внешнем участке цепи U R = IR , т.е.
U r = U R .
Короткое замыкание в полной цепи имеет место, если нагрузка во внешней цепи отсутствует, т.е. внешнее сопротивление равно нулю: R = 0.
Сила тока короткого замыкания i определяется формулой
Пример 8. ЭДС источника тока равна 18 В. К источнику подключен резистор, сопротивление которого в 2 раза больше внутреннего сопротивления источника. Определить разность потенциалов на зажимах источника тока.
Решение . Разность потенциалов на зажимах источника определяется формулой
U = ℰ − Ir ,
где ℰ - ЭДС источника тока; I - сила тока в цепи; r - внутреннее сопротивление источника тока.
Сила тока определяется законом Ома для полной цепи:
I = ℰ R + r ,
Подставим данное выражение в формулу для вычисления разности потенциалов на зажимах источника:
U = ℰ − ℰ r R + r = ℰ (1 − r R + r) = ℰ R R + r .
С учетом соотношения между сопротивлениями резистора и источника (R = 2r ) получим
U = 2 ℰ 3 .
Расчет дает значение:
U = 2 ⋅ 18 3 = 12 В.
Разность потенциалов на зажимах источника составляет 12 В.
Пример 9. Внутреннее сопротивление батареи составляет 1,5 Ом. При замыкании на резистор сопротивлением 6,0 Ом батарея элементов дает ток силой 1,0 А. Найти силу тока короткого замыкания.
Решение . Сила тока короткого замыкания определяется формулой
где ℰ - ЭДС источника тока; r - внутреннее сопротивление источника тока.
По закону Ома для полной цепи,
I = ℰ R + r ,
где R - сопротивление резистора.
Выразим из записанной формулы ЭДС источника и подставим в выражение для силы тока короткого замыкания:
i = I (R + r) r .
Произведем вычисление:
i = 1,0 ⋅ (6,0 + 1,5) 1,5 = 5,0 А.
Сила тока короткого замыкания для источника с указанными значениями ЭДС и внутреннего сопротивления составляет 5,0 А.
Пример 10. Шесть одинаковых резисторов по 20 Ом каждый соединены в цепь так, как показано на рисунке. К концам участка подключают источник с ЭДС, равной 230 В, и внутренним сопротивлением 2,5 Ом. Найти показания амперметра A2.
Решение . На рис. а показана схема цепи, на которой обозначены токи, протекающие в отдельных ее участках.
На участке сопротивлением R 1 течет ток I 1 . Далее ток I 1 разветвляется на две части:
- на участке с последовательно соединенными резисторами сопротивлениями R 2 , R 3 и R 4 течет ток I 2 ;
- на участке сопротивлением R 5 течет ток I 3 .
Таким образом,
I 1 = I 2 + I 3 .
Указанные участки соединены между собой параллельно, поэтому падения напряжения на них одинаковы:
I 2 R общ2 = I 3 R 5 ,
где R общ2 - сопротивление участка с последовательно соединенными резисторами R 2 , R 3 и R 4 , R общ2 = R 2 + R 3 + R 4 = 3R , R 2 = R 3 = R 4 = R , R 5 = R .
Записанные уравнения образуют систему:
I 1 = I 2 + I 3 , I 2 R общ 2 = I 3 R 5 . }
С учетом выражений для R общ2 и R 5 система принимает вид:
I 1 = I 2 + I 3 , 3 I 2 = I 3 . }
Решение системы относительно силы тока I 2 дает
I 2 = I 1 4 = 0,25 I 1 .
Данное выражение определяет искомую величину - силу тока в амперметре A2.
Сила тока I 1 определяется законом Ома для полной цепи:
I 1 = ℰ R общ + r ,
где R общ - общее сопротивление внешней цепи (резисторов R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 и R 6).
Рассчитаем общее сопротивление внешней цепи.
Для этого преобразуем схему так, как показано на рис. б .
Участки R общ2 и R 5 соединены параллельно, их общее сопротивление
R общ 1 = R общ 2 R 4 R общ 2 + R 4 = 3 R 4 = 0,75 R ,
где R общ2 = 3R ; R 4 = R .
Еще раз преобразуем схему так, как показано на рис. в .
Участки сопротивлениями R 1 , R общ1 и R 6 соединены последовательно, их общее сопротивление
R общ = R 1 + R общ 1 + R 6 = R + 0,75 R + R = 2,75 R ,
где R общ1 = 0,75R и R 1 = R 6 = R .
Искомая сила тока определяется формулой
I 2 = 0,25 I 1 = 0,25 ℰ 2,75 R + r .
Произведем вычисление:
I 2 = 0,25 ⋅ 230 2,75 ⋅ 20 + 2,5 = 1,0 А.
Амперметр А2 покажет силу тока 1,0 А.
Пример 11. Шесть одинаковых резисторов по 20 Ом каждый и два конденсатора с электроемкостями 15 и 25 мкФ соединены в цепь так, как показано на рисунке. К концам участка подключают источник с ЭДС, равной 0,23 кВ, и внутренним сопротивлением 3,5 Ом. Найти разность потенциалов между обкладками второго конденсатора.
Решение . Между точками A и Б ток не протекает, так как между этими точками в схему включены конденсаторы. Для определения разности потенциалов между указанными точками упростим схему, исключив из рассмотрения участок АБ.
На рис. а показана схема упрощенной цепи.
Ток течет через резисторы R 1 , R 2 , R 3 , R 4 и R 6 , соединенные последовательно. Общее сопротивление такой цепи:
R общ = R 1 + R 2 + R 3 + R 4 + R 6 = 5R ,
где R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R 6 = R .
Сила тока I определяется законом Ома для полной цепи:
I = ℰ R общ + r = ℰ 5 R + r ,
где ℰ - ЭДС источника тока, ℰ = 0,23 кВ; r - внутреннее сопротивление источника тока, r = 3,5 Ом; R общ - общее сопротивление цепи, R общ = 5R .
Рассчитаем падение напряжения между точками А и Б.
Между точками А и Б находятся резисторы сопротивлениями R 2 , R 3 и R 4 , соединенные между собой последовательно, как показано на рис. б .
Их общее сопротивление
R общ1 = R 2 + R 3 + R 4 = 3R .
Падение напряжения на указанных резисторах определяется формулой
U АБ = IR общ1 ,
или в явном виде, -
U АБ = 3 ℰ R 5 R + r .
Между точками А и Б включена батарея конденсаторов C 1 и C 2 , соединенных между собой последовательно, как показано на рис. в .
Их общая электроемкость
C общ = C 1 C 2 C 1 + C 2 ,
где C 1 - электроемкость первого конденсатора, C 1 = 15 мкФ; C 2 - электроемкость второго конденсатора, C 2 = 25 мкФ.
Разность потенциалов на обкладках батареи:
U общ = q C общ,
где q - заряд на обкладках каждого из конденсаторов (совпадает с зарядом батареи при последовательном соединении конденсаторов), q = = C 1 U 1 = C 2 U 2 ; U 1 - разность потенциалов между обкладками первого конденсатора; U 2 - разность потенциалов между обкладками второго конденсатора (искомая величина).
В явном виде разность потенциалов между обкладками конденсаторов определяется формулой
U общ = C 2 U 2 C общ = (C 1 + C 2) U 2 C 1 .
Падение напряжения на резисторах между точками А и Б совпадает с разностью потенциалов на батарее конденсаторов, подключенной к указанным точкам:
U АБ = U общ.
Данное равенство, записанное в явном виде
3 ℰ R 5 R + r = (C 1 + C 2) U 2 C 1 ,
позволяет получить выражение для искомой величины:
U 2 = 3 ℰ R C 1 (5 R + r) (C 1 + C 2) .
Произведем вычисление:
U 2 = 3 ⋅ 0,23 ⋅ 10 3 ⋅ 20 ⋅ 15 ⋅ 10 − 6 (5 ⋅ 20 + 3,5) (15 + 25) ⋅ 10 − 6 = 50 В.
Между обкладками второго конденсатора разность потенциалов составляет 50 В.
Закон Ома для неоднородного участка цепи.
При прохождении электрического тока в замкнутой цепи на свободные заряды действуют силы со стороны стационарного электрического поля и сторонние силы. При этом на отдельных участках этой цепи ток создается только стационарным электрическим полем. Такие участки цепи называются однородными. На некоторых участках этой цепи, кроме сил стационарного электрического поля, действуют и сторонние силы. Участок цепи, на котором действуют сторонние силы, называют неоднородным участком цепи.
Для того чтобы выяснить, от чего зависит сила тока на этих участках, необходимо уточнить понятие напряжения.
Рассмотрим
вначале однородный участок цепи (рис.
1, а). В этом случае работу по перемещению
заряда совершают только силы стационарного
электрического поля, и этот участок
характеризуют разностью потенциалов
Δφ. Разность потенциалов на концах
участка 
,
где AK - работа сил стационарного
электрического поля. Неоднородный
участок цепи (рис. 1, б) содержит в отличие
от однородного участка источник ЭДС, и
к работе сил электростатического поля
на этом участке добавляется работа
сторонних сил. По определению, ,
где q - положительный заряд, который
перемещается между любыми двумя точками
цепи; -
разность потенциалов точек в начале и
конце рассматриваемого участка; .
Тогда говорят о напряжении для
напряженности: Eстац. э. п. = Eэ/стат. п. +
Eстор. Напряжение U на участке цепи
представляет собой физическую скалярную
величину, равную суммарной работе
сторонних сил и сил электростатического
поля по перемещению единичного
положительного заряда на этом участке:
Из этой формулы видно, что в общем случае напряжение на данном участке цепи равно алгебраической сумме разности потенциалов и ЭДС на этом участке. Если же на участке действуют только электрические силы (ε = 0), то. Таким образом, только для однородного участка цепи понятия напряжения и разности потенциалов совпадают.
Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет вид:
где R - общее сопротивление неоднородного участка.
ЭДС ε может быть как положительной, так и отрицательной. Это связано с полярностью включения ЭДС в участок: если направление, создаваемое источником тока, совпадает с направлением тока, проходящего в участке (направление тока на участке совпадает внутри источника с направлением от отрицательного полюса к положительному), т.е. ЭДС способствует движению положительных зарядов в данном направлении, то ε > 0, в противном случае, если ЭДС препятствует движению положительных зарядов в данном направлении, то ε < 0.
В данной статье расскажем про закон Ома, формулы для полной цепи (замкнутой), участка цепи, неоднородного участка цепи, в дифференциальной и интегральной форме, переменного тока, а также для магнитной цепи. Вы узнаете какие материалы соответствуют и не соответствуют закону Ома, а также где он встречается.
постоянный ток , протекающий через проводник, прямо пропорционален напряжению 
, приложенному к его концам и обратно пропорционален сопротивлению .
Закон Ома был сформулирован немецким физиком и математиком Георгом Омом в 1825-26 годах на основе опыта. Это экспериментальный закон, а не универсальный — он применим к некоторым материалам и условиям.
Закон Ома является частным случаем более позднего и более общего — второго закона Кирхгофа
Ниже будет представлено видео, в котором объясняется закон Ома на пальцах.
Формула закона Ома для участка цепи
Интенсивность постоянного тока, протекающего через проводник, пропорциональна напряжению, приложенному к его концам. В интернете часто называют данную формулу первым законом Ома:
U — напряжение
I — сила (интенсивность) тока
R — Сопротивление
Электрическое сопротивление:
Коэффициент пропорциональности R называется электрическим сопротивлением или сопротивлением.
Отношение напряжения к току для данного проводника является постоянным:
Единица электрического сопротивления составляет 1 Ом (1 Ω):
Резистор имеет сопротивление 1, если приложенное напряжение 1 вольт и сила тока составляет 1 ампер.
Зависимость электрического сопротивления от размера направляющей:
Сопротивление проводящей секции с постоянным поперечным сечением R прямо пропорционально длине этого сегмента li, обратно пропорциональному площади поперечного сечения S:
R — электрическое сопротивление
ρ — удельное сопротивление
I — длина направляющей
S — площадь поперечного сечения
Эта зависимость была подтверждена экспериментально британским физиком Хамфри Ди в 1822 году до разработки закона Ома.
Закон Ома для замкнутой (полной) цепи
— это значение силы (интенсивности) тока в настоящей цепи, который зависит от сопротивления нагрузки и от источника тока (E), также его называют вторым законом Ома.
Электрическая лампочка является потребителем источника тока, подключив их вместе, они создают полную электро-цепь. На картинке выше, вы можете увидеть полную электрическую цепь, состоящую из аккумулятора и лампы накаливания.
Электричество, проходит через лампу накаливания и через сам аккумулятор. Следовательно, ток проходя через лампу, в дальнейшем пройдет и через аккумулятор, то есть сопротивление лампочки складывается со сопротивлением аккумулятора.
Сопротивление нагрузки (лампочка), называют внешним сопротивлением , а сопротивление источника тока (аккумулятора) - внутренним сопротивление . Сопротивление аккумулятора обозначается латинской буквой r.
Когда электричество течет вокруг цепи, внутреннее сопротивление самой ячейки сопротивляется потоку тока, и поэтому тепловая энергия теряется в самой ячейке.
- E = электродвижущая сила в вольтах, V
- I = ток в амперах, A
- R = сопротивление нагрузки в цепи в Омах, Ω
- r = внутреннее сопротивление ячейки в Омах, Ω
Мы можем изменить это уравнение;
В этом уравнении появляется (V ), что является конечной разностью потенциалов , измеренной в вольтах (V). Это разность потенциалов на клеммах ячейки при протекании тока в цепи, она всегда меньше э.д.с. ячейки.
Закон Ома для неоднородного участка цепи
Если на участке цепи действуют только потенциальные силы (Рисунок 1а
), то закон Ома записывается в известном виде . Если же в кругу проявляется еще и действие сторонних сил (Рисунок 2б
), то закон Ома примет вид 
, откуда 
. Это и есть закон Ома для любого участка цепи
.
Закон Ома можно распространить и на весь круг. Соединив точки 2 и 1 (Рисунок 3в
), преобразуем разность потенциалов в ноль, и учитывая сопротивление источника тока, закон Ома примет вид 
. Это и есть выражение закона Ома для полной цепи
.
Последнее выражение можно представить в различных формах. Как известно, напряжение на внешнем участке зависит от нагрузки, то есть 
или 
, или 
.
В этих выражениях Ir — это падение напряжения внутри источника тока, а также видно, что напряжение U меньше ε на величину Ir . Причем, чем больше внешнее сопротивление по сравнению с внутренним, тем больше U приближается к ε.
Рассмотрим два особых случая, в отношении внешнего сопротивления цепи.
1) R
= 0
— такое явление называют коротким замыканием. Тогда, из закона Ома имеем — 
, то есть ток в цепи возрастает до максимума, а внешний спад напряжения U
→
0. При этом в источнике выделяется большая мощность, что может привести к его неисправности.
2) R
= ∞
, то есть электрическая цепь разорвана, тогда 
, а 
. Итак, в этом случае, ЭДС численно равна напряжению на клеммах разомкнутого источника тока.
Закон Ома в дифференциальной форме
Закон Ома можно представить в таком виде, чтобы он не был связан с размерами проводника. Выделим участок проводника Δ l , на концах которой приложено потенциалы φ 1 и φ 2 . Когда средняя площадь сечения проводника Δ S , а плотность тока j , то сила тока
Если Δ
l
→ 0,
то взяв предел отношения, 
. Итак, окончательно получим , или в векторной форме — это выражение закона Ома в дифференциальной форме
. Этот закон выражает силу тока в произвольной точке проводника в зависимости от его свойств и электрического состояния.
Закон ома для переменного тока
Это уравнение представляет собой запись закона Ома
для цепей переменного тока относительно их амплитудных значений. Понятно, что оно будет справедливым и для эффективных значений силы и тока: 
.
Для цепей переменного тока возможен случай, когда , а это значит, что U
L
=
U
C
. Поскольку эти напряжения находятся в противофазе, то они компенсируют друг друга. Такие условия называют резонансом напряжений
. Резонанс можно достичь или при ω = const
, изменяя С
и L
, или же при постоянных С
и L
подбирают ω, которая называется резонансным
. Как видно — 
.
Особенности резонанса напряжений следующие:
Окончательно из (2) — (4) имеем выражение для закона Ома в интегральной форме
который он установил экспериментально.
Интерпретация закона Ома
Интенсивность тока, являющаяся действием приложенного напряжения, ведет себя пропорционально его напряжению. Например: если приложенное напряжение увеличивается в два раза, оно также удваивает силу тока (интенсивность тока).
Помните, что закон Ома удовлетворяется только частью материалов — в основном металлами и керамическими материалами.
Когда закон Ома встречается и какие материалы соответствуют и не соответствуют закону Ома
Закон Ома является экспериментальным законом, выполненным для некоторых материалов (например, металлов) для фиксированных условий тока, в частности температуры проводника.
Материалы, относящиеся к закону Ома, называются омическими направляющими или линейными проводниками. Примерами проводников, которые соответствуют закону Ома, являются металлы (например, медь, золото, железо), некоторые керамические изделия и электролиты.
Материалы, не относящиеся к закону Ома, в которых сопротивление является функцией интенсивности протекающего через них тока, называются нелинейными проводниками. Примерами руководств, не относящихся к закону Ома, являются полупроводники и газы.
Закон Ома не выполняется, когда изменяются параметры проводника, особенно температура.
Вся прикладная электротехника базируется на одном догмате – это закон Ома для участка цепи. Без понимания принципа этого закона невозможно приступать к практике, поскольку это приводит к многочисленным ошибкам. Имеет смысл освежить эти знания, в статье мы напомним трактовку закона, составленного Омом, для однородного и неоднородного участка и полной цепи.
Классическая формулировка
Этот простой вариант трактовки, известный нам со школы.
Формула в интегральной форме будет иметь следующий вид:
То есть, поднимая напряжение, мы тем самым увеличиваем ток. В то время, как увеличение такого параметра, как «R», ведет к снижению «I». Естественно, что на рисунке сопротивление цепи показано одним элементом, хотя это может быть последовательное, параллельное (вплоть до произвольного)соединение нескольких проводников.
В дифференциальной форме закон мы приводить не будем, поскольку в таком виде он применяется, как правило, только в физике.
Принятые единицы измерения
Необходимо учитывать, что все расчеты должны проводиться в следующих единицах измерения:
- напряжение – в вольтах;
- ток в амперах
- сопротивление в омах.
Если вам встречаются другие величины, то их необходимо будет перевести к общепринятым.
Формулировка для полной цепи
Трактовка для полной цепи будет несколько иной, чем для участка, поскольку в законе, составленном Омом, еще учитывает параметр «r», это сопротивление источника ЭДС. На рисунке ниже проиллюстрирована подобная схема.
Учитывая «r» ЭДС, формула предстанет в следующем виде:
Заметим, если «R» сделать равным 0, то появляется возможность рассчитать «I», возникающий во время короткого замыкания.
Напряжение будет меньше ЭДС, определить его можно по формуле:
Собственно, падение напряжения характеризуется параметром «I*r». Это свойство характерно многим гальваническим источникам питания.
Неоднородный участок цепи постоянного тока
Под таким типом подразумевается участок, где помимо электрического заряда производится воздействие других сил. Изображение такого участка показано на рисунке ниже.
Формула для такого участка (обобщенный закон) будет иметь следующий вид:
Переменный ток
Если в схема, подключенная к переменному току снабжена емкостью и/или индуктивностью (катушкой), расчет производится с учетом величин их реактивных сопротивлений. Упрощенный вид закона будет выглядеть следующим образом:
Где «Z» представляет собой импеданс, это комплексная величина, состоящая из активного (R) и пассивного (Х) сопротивлений.
Практическое использование
Видео: Закон Ома для участка цепи – практика расчета цепей.
Собственно, к любому участку цепи можно применить этот закон. Пример приведен на рисунке.
Используя такой план, можно вычислить все необходимые характеристики для неразветвленного участка. Рассмотрим более детальные примеры.
Находим силу тока
Рассмотрим теперь более определенный пример, допустим, возникла необходимость узнать ток, протекающий через лампу накаливания. Условия:
- Напряжение – 220 В;
- R нити накала – 500 Ом.
Решение задачи будет выглядеть следующим образом: 220В/500Ом=0,44 А.
Рассмотрим еще одну задачу со следующими условиями:
- R=0,2 МОм;
- U=400 В.
В этом случае, в первую очередь, потребуется выполнить преобразование: 0,2 МОм = 200000 Ом,после чего можно приступать к решению: 400 В/200000 Ом=0,002 А (2 мА).
Вычисление напряжения
Для решения мы также воспользуемся законом, составленным Омом. Итак задача:
- R=20 кОм;
- I=10 мА.
Преобразуем исходные данные:
- 20 кОм = 20000 Ом;
- 10 мА=0,01 А.
Решение: 20000 Ом х 0,01 А = 200 В.
Незабываем преобразовывать значения, поскольку довольно часто ток может быть указан в миллиамперах.
Сопротивление.
Несмотря на то, что общий вид способа для расчета параметра «R» напоминает нахождение значения «I», между этими вариантами существуют принципиальные различия. Если ток может меняться в зависимости от двух других параметров, то R (на практике) имеет постоянное значение. То есть по своей сути оно представляется в виде неизменной константы.
Если через два разных участка проходит одинаковый ток (I), в то время как приложенное напряжение (U) различается, то, опираясь на рассматриваемый нами закон, можно с уверенностью сказать, что там где низкое напряжение «R» будет наименьшим.
Рассмотрим случай когда разные токи и одинаковое напряжение на несвязанных между собой участках. Согласно закону, составленному Омом, большая сила тока будет характерна небольшому параметру «R».
Рассмотрим несколько примеров.
Допустим, имеется цепь, к которой подведено напряжение U=50 В, а потребляемый ток I=100 мА. Чтобы найти недостающий параметр, следует 50 В / 0,1 А (100 мА), в итоге решением будет – 500 Ом.
Вольтамперная характеристика позволяет наглядно продемонстрировать пропорциональную (линейную) зависимость закона. На рисунке ниже составлен график для участка с сопротивлением равным одному Ому (почти как математическое представление закона Ома).
Изображение вольт-амперной характеристики, где R=1 Ом
Изображение вольт-амперной характеристики
Вертикальная ось графика отображает ток I (A), горизонтальная – напряжение U(В). Сам график представлен в виде прямой линии, которая наглядно отображает зависимость от сопротивления, которое остается неизменным. Например, при 12 В и 12 А «R» будет равно одному Ому (12 В/12 А).
Обратите внимание, что на приведенной вольтамперной характеристике отображены только положительные значения. Это указывает, что цепь рассчитана на протекание тока в одном направлении. Там где допускается обратное направление, график будет продолжен на отрицательные значения.
Заметим, что оборудование, вольт-амперная характеристика которого отображена в виде прямой линии, именуется – линейным. Этот же термин используется для обозначения и других параметров.
Помимо линейного оборудования, есть различные приборы, параметр «R» которых может меняться в зависимости от силы тока или приложенного напряжения. В этом случая для расчета зависимости нельзя использовать закон Ома. Оборудование такого типа называется нелинейным, соответственно, его вольт-амперные характеристики не будут отображены в виде прямых линий.
Вывод
Как уже упоминалось в начале статьи, вся прикладная электротехника базируется на законе, составленном Омом. Незнание этого базового догмата может привести к неправильному расчету, который, в свою очередь, станет причиной аварии.
Подготовка электриков как специалистов начинается с изучения теоретических основ электротехники. И первое, что они должны запомнить – это закон составленный Омом, поскольку на его основе производятся практически все расчеты параметров электрических цепей различного назначения.
Понимание основного закона электротехники поможет лучше разбираться в работе электрооборудования и его основных компонентов. Это положительно отразится на техническом обслуживании в процессе эксплуатации.
Самостоятельная проверка, разработка, а также опытное изучение узлов оборудования – все это существенно упрощается, если использовать закон Ома для участка цепи. При этом не требуется проводить всех измерений, достаточно снять некоторые параметры и, проведя несложные расчеты, получить необходимые значения.
