- Определение закона Ома
- Основные понятия закона Ома
- Формулировка и объяснение закона Ома
- Закон Ома для участка цепи
- Закон Ома для замкнутой полной цепи
- Что такое ЭДС и откуда она берется
- Сфера применения
- Таблица удельных сопротивлений разных материалов
- Резистор
- Реостат
- Последовательное и параллельное включение элементов
- Интегральная и дифференциальная формы закона
- Примеры и Задачи
- Вопросы и ответы
- Заключение
Определение закона Ома
Закон Ома - это фундаментальный принцип электротехники и физики, который описывает взаимосвязь между тремя основными величинами: силой тока, напряжением и сопротивлением. Названный в честь немецкого физика Георга Симона Ома, закон утверждает, что сила тока, протекающая через проводник, прямо пропорциональна напряжению, приложенному к концам проводника, и обратно пропорциональна его сопротивлению. Математически это выражается следующим уравнением:
I=U/R
где I - сила тока (в амперах), U - напряжение (в вольтах), R - сопротивление (в омах).

Основные понятия закона Ома
Сила тока (I)
Сила тока представляет собой количество электрического заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени. Это одна из основных характеристик электрического тока, которая измеряется в амперах (А). Величина силы тока зависит от напряжения, приложенного к проводнику, и сопротивления самого проводника.
Напряжение (U) или разность потенциалов
Напряжение, или разность потенциалов, это величина, определяющая энергию, необходимую для перемещения единичного заряда из одной точки в другую. Напряжение измеряется в вольтах (В) и является движущей силой, заставляющей электрические заряды течь через проводник.
Сопротивление (R)
Сопротивление - это физическая величина, характеризующая способность материала препятствовать прохождению электрического тока. Сопротивление зависит от материала проводника, его длины и поперечного сечения. Измеряется в омах (Ω). Чем больше сопротивление проводника, тем меньше сила тока при одном и том же напряжении.
Формулировка и объяснение закона Ома
Формулировка закона Ома утверждает, что сила тока III, протекающая через проводник, прямо пропорциональна напряжению UUU на концах проводника и обратно пропорциональна сопротивлению R: I=U/R
Это простое уравнение позволяет легко определить одну из величин, если известны две другие. Например, если известно напряжение и сопротивление, можно найти силу тока, используя закон Ома.
Закон Ома для участка цепи
В случае любого участка электрической цепи, закон Ома применим так же просто:
I=U/R
Это уравнение показывает, что при фиксированном сопротивлении сила тока пропорциональна приложенному напряжению. Участок цепи может содержать различные элементы, такие как резисторы, конденсаторы и индуктивности, но закон Ома применяется ко всем линейным элементам.
Закон Ома для замкнутой полной цепи
Для замкнутой полной цепи, где включен источник напряжения с электродвижущей силой (ЭДС) и внутренним сопротивлением, закон Ома выглядит следующим образом:
I=E/R+r
где E - ЭДС источника, R - внешнее сопротивление цепи, r - внутреннее сопротивление источника. Эта формула показывает, как внутреннее сопротивление источника влияет на силу тока в цепи.
Что такое ЭДС и откуда она берется
Электродвижущая сила (ЭДС) - это величина, характеризующая способность источника электрической энергии создавать разность потенциалов и поддерживать ток в цепи. ЭДС измеряется в вольтах (В) и создается различными способами, такими как химические реакции в батареях, изменение магнитного поля в генераторах и солнечное излучение в солнечных батареях.
Сфера применения закона Ома
Закон Ома широко применяется в различных областях физики и электротехники. Он используется для расчета параметров электрических цепей, проектирования электронных устройств, анализа сложных электрических систем и многого другого. Закон Ома является основой для понимания работы резисторов, конденсаторов, индуктивностей и других пассивных элементов.
Таблица удельных сопротивлений разных материалов
Материал |
Удельное сопротивление (Ω·м) |
Медь |
1.68 × 10^-8 |
Алюминий |
2.82 × 10^-8 |
Железо |
9.71 × 10^-8 |
Никель |
6.99 × 10^-8 |
Серебро |
1.59 × 10^-8 |
Золото |
2.44 × 10^-8 |
Резистор
Резистор - это пассивный элемент цепи, предназначенный для создания определенного сопротивления и регулирования силы тока. Резисторы бывают постоянными и переменными. Постоянные резисторы имеют фиксированное значение сопротивления, тогда как переменные резисторы (реостаты) позволяют изменять сопротивление.
Реостат
Реостат - это тип переменного резистора, который используется для регулирования силы тока в цепи. Реостаты применяются в различных электронных устройствах для управления яркостью света, скоростью вращения двигателей и другими параметрами.
Последовательное и параллельное включение элементов
На практике компоненты электрической цепи (или электронной схемы) могут быть соединены последовательно или параллельно. В первом случае они размещены по одному пути, во втором – по нескольким путям. И в каждом из этих случаев есть свои особенности расчёта базовых показателей: напряжения, силы тока и сопротивления.
Последовательное включение: элементы подключены один за другим, и общий ток проходит через все элементы. В этом случае общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех элементов: Rобщ=R1+R2+R3+…
Параллельное включение: элементы подключены так, что напряжение на всех элементах одинаково, а общий ток распределяется между элементами. В этом случае общее сопротивление цепи рассчитывается по формуле: 1/Rобщ=1/R1+1/R2+1/R3
Интегральная и дифференциальная формы закона
Интегральная форма: Закон Ома в интегральной форме выражается уравнением: I=U/R
Дифференциальная форма: Для распределенных систем, таких как полупроводниковые материалы, закон Ома принимает дифференциальную форму: J=σ/E, где J - плотность тока, σ - удельная проводимость, E - напряженность электрического поля.
Примеры и задачи
Решение: I=U/R=5 В/10 Ω=0.5 А
Решение: R=U/I=12 В/2 А=6 Ω
Решение: I=U/R=24 В/4 Ω=6 А
Схема цепи: простой проводник с источником напряжения и резистором.
Вопросы и ответы
Что произойдет с силой тока, если сопротивление увеличится в два раза при постоянном напряжении?
Сила тока уменьшится в два раза, так как сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.
Как изменится напряжение на концах проводника, если его сопротивление останется постоянным, а сила тока увеличится?
Напряжение на концах проводника увеличится пропорционально силе тока, так как напряжение прямо пропорционально силе тока при постоянном сопротивлении.
Для чего используются резисторы в электрических цепях?
Резисторы используются для регулирования силы тока, распределения напряжения, а также для защиты компонентов цепи от перегрузок.
Чем отличается последовательное включение элементов от параллельного?
В последовательном включении элементы подключены один за другим, и общий ток проходит через все элементы. В параллельном включении элементы подключены так, что напряжение на всех элементах одинаково, а общий ток распределяется между элементами.
Что произойдет с силой тока, если сопротивление увеличится в два раза при постоянном напряжении?
Сила тока уменьшится в два раза.
Как изменится напряжение на концах проводника, если его сопротивление останется постоянным, а сила тока увеличится?
Напряжение на концах проводника увеличится пропорционально силе тока.
Заключение
Спасибо, что прочитали нашу статью! Если она Вам понравилась, Вы можете поделиться ею в соцсетях: