Один из основных законов, используемый при расчете электрических цепях – это закон Ома.
В сегодняшней статье поговорим о законе Ома. Этот закон является одним из самых важных законов электротехники, теории цепей и физики в целом. С электрическим током, напряжением и электрическим сопротивлением мы уже ознакомились в предыдущих статьях.
Для того, чтобы по проводнику начал протекать электрический ток, необходимо к концам проводника приложить напряжение, т. е. создать разность потенциалов. Рассмотрим участок цепи, состоящий из одного резистора, к концам которого приложено напряжение.
Если подать напряжение на резистор, то через него потечет электрический ток. Ток через резистор потечет от большего потенциала к меньшему (в данном случае стрелкой под напряжением мы указали, что потенциал в точке 1 больше потенциала в точке 2).
Или эту же самую схему, можно представить еще раз, но указать не напряжение U, а ЭДС Е.
Только источник ЭДС Е будет направлен от точки 2 к точке 1 (так как ранее мы сказали, что φ1 больше чем φ2). А у ЭДС “+” всегда больше чем “-“. Поэтому “плюсом” ЭДС Е подключим к точке 1, а “минусом” к точке 2.
Вернемся к рисунку 1.
Разность потенциалов на концах проводника запишется:
U12=фи1-фи2
Чем больше напряжение U12, тем больше будет ток, т. е. тем большую скорость движения приобретут частицы. Но любой проводник будет оказывать сопротивление протекающему по нему току. Сила тока будет зависеть от сопротивления проводника. Чем больше сопротивление, тем меньше сила тока в проводнике. Если этот проводник состоит из участка провода, то его сопротивление будет зависеть от длины провода, площади сечения и удельного сопротивления.
Сила тока, обратно пропорциональна сопротивлению проводника по которому протекает ток.
Закон Ома звучит следующим образом: ток на участке электрической цепи (в данном случае в ветви с резистором), не содержащем источников энергии, прямо пропорционален приложенному к этому участку напряжению, и обратно пропорционален сопротивлению этого участка (рисунок 1).
В случае же если участок электрической цепи, в данном случае ветвь, содержит источник энергии Е и сопротивление R:
Будем считать, что ток течет от точки 1 к точке 2 ( это условно положительное направление тока)
Запишем закон Ома для этого участка цепи. Ток всегда течет от большего потенциала к меньшему (фи1>фи2), тогда
В данном выражении потенциал от которого течет ток (φ1) берется со знаком “+”, а потенциал к которому течет ток, берется со знаком “-”. Поэтому φ2 записан со знаком “-”. ЭДС берется со знаком “+”, если его действие совпадает с направлением тока (в данном случае I и E сонаправлены, поэтому ЭДС E взяли с “плюсом”). А в знаменателе выражения закона Ома для тока I, записывается сопротивление этого участка R.
Рассмотрим еще одну цепь (замкнутую), в которой есть ЭДС E с внутренним сопротивлением r0. К этому источнику с внутренним сопротивлением подключается резистор сопротивлением R.
В данной цепи сопротивление r0 и R включены последовательно и ток I через них протекает один и тот же.
Общее сопротивление цепи при последовательном соединении запишется:
Rобщ=r0+R
Тогда по закону Ома:
В знаменателе этого выражения общее сопротивление цепи (или участка цепи) по которой протекает ток (в данном случае сопротивление этого участка состоит из последовательно включенных сопротивлений r0 и R).
А в числителе записан источник ЭДС E со знаком “+”, т. к. действие источника совпадает с направлением тока.
Полученное выражение представляет собой закон Ома для полной цепи: Ток в цепи прямо пропорционален ЭДС, действующей в цепи, и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи.
О правилах Кирхгофа и законе Джоуля-Ленца мы поговорим далее.
Если понравилась статья, подписывайтесь на канал и не пропускайте новые публикации.
Читайте также:
1. Как электроэнергия передается от электростанций до наших домов;
2. Что такое электрический ток - простыми словами;
