Закон Ома для участка цепи
Для существования электрического тока внутри проводника должно существовать электрическое поле, а для существования поля в проводнике необходима разность потенциалов. Разность потенциалов называют напряжением. Причем ток направлен в сторону уменьшения потенциалов (ток по договоренности обусловлен движением положительных зарядов), а свободные электроны, соответственно, движутся в обратную сторону. Рассмотрим движение частиц в металлическом проводнике.
Рис. 1. Движение частиц в металлическом проводнике
Опытным путем было показано, что, чем больше напряжение на участке, тем больше сила тока, проходящего через него.
Немецкий ученый Георг Ом в 1826 году провел серию опытов и получил зависимость, которую впоследствии назвали законом Ома.
Рис. 2. Георг Ом
Для разных проводников он строил так называемые вольт-амперные характеристики – графики зависимости силы тока от напряжения.
Рис. 3. График зависимости силы тока от напряжения
Однако, как видно из графиков, для каждого проводника коэффициент пропорциональности разный. Это означало, что каждый проводник обладает некоторой мерой проводимости тока, и для разных проводников она разная. Эту величину назвали электрическим сопротивлением. Обозначение сопротивления – R.
При одном и том же напряжении проводники с меньшим сопротивлением будут пропускать ток большей силы.
Используя опытные результаты, Омом был сформулирован закон, впоследствии названный законом Ома для участка цепи. Закон Ома для участка цепи:сила тока для однородного проводника на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Сопротивление
Сопротивление является главной характеристикой проводника. В чем же природа сопротивления? Чем обусловлена лучшая или худшая проводимость тока проводниками? Дело в том, что электроны, которые движутся в металле под действием электрического поля, не движутся в однородной среде, они постоянно взаимодействуют с узлами кристаллической решетки металла и атомами различных примесей, замедляясь. В перерывах же между ударами они движутся равноускоренно.
Рис. 4. Движение электронов в металлическом проводнике
Проводники могут быть твердые, жидкие, газообразные, плазменные и во всех них существует свое электрическое сопротивление.
В данном случае это l – длина проводника;
S – площадь поперечного сечения проводника;
Ρ – удельное сопротивление.
Чем проводник длиннее, тем его электрическое сопротивление больше, а чем площадь поперечного сечения проводника больше, тем электрическое сопротивление меньше.
Удельное сопротивление– табличная величина, характеризующая способность материала к сопротивлению, показывает, каким сопротивлением обладает проводник длиной 1 метр, площадь поперечного сечения которого составляет 1 м2.
Единица измерения сопротивления – Ом:
Рис. 5. Удельное сопротивление металлов
По признаку проводимости все материалы разделяются на три группы: проводники (удельное сопротивление порядка 10-8 Ом м), полупроводники (порядка 10-4-102 Ом м) и изоляторы (порядка 108-1017 Ом м).
Заключение
Закон Ома для участка цепи имеет значение для расчета электрических цепей.