Закон Ома для участка цепи

Наравне с законами Кирхгофа, закон Ома для участка цепи – один из ключевых во всей электротехники. При проектировании электросетей любой сложности закон Ома становится необходимым инструментом, так как позволяет рассчитывать требуемые для нужного результата параметры сети.

Сущность закона

Эксперименты с электрическими цепями, в которых были источник тока и элемент сопротивления, позволили Георгу Ому установить некоторые закономерности, которые легли в основу закона, названного его именем. Приведем их:

  • При увеличении напряжения сила тока на участке цепи возрастала линейно.
  • Сила тока уменьшалась при увеличении сопротивления участка.

Поэтому математическая формула закон Ома для участка цепи выглядит следующим образом:

$I = \frac {U}{R}$, где I – сила тока, измеряемая в амперах, U – напряжение, измеряемое в вольтах и R – сопротивление, измеряемое в омах. Дадим словесную формулировку закона: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Из фигурирующих в уравнении величин ключевой является сопротивление. Оно зависит от параметров проводника:

  • Становится больше с увеличением длинны проводника
  • Уменьшается с ростом проводимости проводника и его площади сечения.

Объяснить это очень просто: чем больше путь, проходимый электронами, тем больше вероятность столкновений с атомами в узлах решетки. Это мешает движению тока. С другой стороны, увеличение площади сечения дает больше вариантов пути электронам, уменьшается вероятность соударений. Проводимость же – исключительно свойства проводящего вещества. Например, медь оказывает меньшее сопротивление, чем железо, поскольку является более проводимым.

Движение электронов в проводнике

Рис. 1. Движение электронов в проводнике.

Закон Ома с точностью справедлив лишь для цепей, где действует идеальный источник тока. То есть такой, в котором нет внутреннего сопротивления. В противном случае применяется закон Ома для полной цепи.

Рассмотрим участок электрической цепи (рис. 2). В узлах 1 и 2 – потенциалы электрического поля $\phi_1$ и $\phi_2$. Между ними заключен элемент с сопротивлением R – резистор. К участку также подсоединен вольтметр.

Участок цепи с резистором R и вольтметром

Рис. 2. Участок цепи с резистором R и вольтметром.

Тогда падением напряжения на данном участке электрической цепи будем называть величину, выраженную через закон Ома:

$U = I \cdot R$

Падение напряжения – определение, сложившееся исторически. Речь идет об изменении значения потенциала электрического поля по мере продвижения вдоль проводника.

Для запоминания закона Ома используют правило, называемое треугольником Ома.

Треугольник Ома

Рис. 3. Треугольник Ома.

Техника работы с ним проста. Ту величину, которую нужно найти, закрываем пальцем, а две другие дают формулу для ее нахождения. Закрыв I, получим $\frac {U}{R}$.

Задачи

  • Сопротивление проводника – 2 Ом. Напряжение – 10 В. Какова сила тока? Какой будет сила тока, если увеличить длину проводника в два раза?

Решение:

Запишем закон Ома для участка цепи:

$I = \frac {U}{R}$

Подставив в него известные величины, получим:

$I = \frac {10}{2} = 5 \: А$

Теперь, зная, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника, запишем:

$I = \frac {U}{2R} = 2,5 А$

  • Амперметр показал, что сила тока на участке цепи – 0,1 А. Аккумулятор создает напряжение в 200 В. Каково сопротивление участка цепи?

Решение:

Запишем закон Ома для участка цепи:

$I = \frac {U}{R}$

Подставив в него известные величины и выразив R, получим:

$R = \frac {U}{I} = \frac {200}{0,1} = 2000 Ом \: А$

Что мы узнали?

В ходе урока дали математическую и словесную формулировки закона Ома для участка цепи, рассмотрели значение сопротивления для участка цепи, а также разобрались с треугольником Ома. Для закрепления материала решили задачу.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.3. Всего получено оценок: 58.

Предметы