Закон Ома

Німецький фізик Георг Ом 1827 року помітив, що відношення напруги U між кінцями металевого провідника, що є ділянкою електричного кола, до сили струму І в колі - величина постійна:

.

Цю величину R називають електричним опором провідника. У СІ [R] = Ом. Електричний опір 1 Ом має така ділянка кола, на якій напруга дорівнює 1 В, якщо сила струму 1А

.

Опір - це основна електрична характеристика провідника. Він виражає міру протидії речовини провідника напрямленому рухові вільних заряджених частинок у ньому.

Експерименти показали, що електричний опір провідника R прямо пропорційний його довжині l і обернено пропорційний площі поперечного перерізу S:

.

Сталий для речовини параметр ? називають питомим опором цієї речовини. Питомий опір залежить від фізичних властивостей речовини, її стану, наявності домішок. Наприклад, у металевих провідниках наявність домішок збільшує питомий опір. Числове значення питомого опору дорівнює опору провідника завдовжки 1 м з площею поперечного перерізу 1 м². У СІ питомий опір вимірюють в омах на метр: [?] = Ом·м. Значення питомого опору речовини занесено до таблиць

Експериментально встановлену залежність сили струму I від напруги U і електричного опору R частини кола називають законом Ома для ділянки кола: сила струму I прямо пропорційна напрузі U і обернено пропорційна електричному опору R однорідної ділянки кола:

.                                   (4.2.3)

Графічну залежність сили струму від напруги називають вольт-амперною характеристикою. Відповідно до закону Ома для провідника з опором R така залежність прямолінійна. Нахил прямої залежить від опору ділянки кола (рис. 4.2.3).

Із формули (4.2.3) знайдемо, що U = IR. Величину U = IR, яка дорівнює добутку сили струму в провіднику на опір цього провідника, називають спадом напруги на даному провіднику. Спад напруги чисельно дорівнює напрузі тільки в тому разі, коли в провіднику не відбувається ніяких інших перетворень електричної енергії, крім її переходу у внутрішню енергію з виділенням теплоти.

Провідники в електричних колах постійного струму можуть з'єднуватись послідовно і паралельно.

У разі послідовного з'єднання провідників кінець першого провідника з'єднується з початком другого і т.д. (рис. 4.2.4).

При цьому сила струму однакова в усіх провідниках, а напруга на кінцях всього кола дорівнює сумі напруг на кожному з провідників. Загальний опір кола дорівнює сумі опорів його окремих ділянок:

I_заг. = І₁ =  І₂ = … = І_n,

U_заг. = U₁ +  U₂ + … + U_n,

R_заг. = R₁ +  R₂ + … + R_n.

У разі паралельного з'єднання початки і кінці провідників мають спільні точки приєднання до джерела струму (рис. 4.2.5).

Властивості цього з'єднання такі:

1) усі опори знаходяться під однаковими напругами U_заг. = U₁ =  U₂ = … = U_n.

2) загальний струм, який подається на вузол, дорівнює сумі струмів, які виходять з нього: I_заг. = І₁ +  І₂ + … + І_n.

3) величина, що дорівнює оберненому значенню опору, дорівнює сумі величин, обернених опорам розгалужень: .

Паралельне з'єднання провідників широко застосовують для під'єднання ламп електричного освітлення і побутових електроприладів до мережі. Прикладом послідовного з'єднання провідників є з'єднання лампочок ялинкових гірлянд.

Запитання для самоперевірки

1. Нарисуйте схему експерименту, у якому встановлюють закон Ома для ділянки кола.

2. Як записують і формулюють закон Ома для ділянки кола?

3. Що називають спадом напруги?

4. Установіть одиницю опору в СІ і сформулюйте її визначення.

5. Якою формулою виражають залежність опору провідника від його довжини, поперечного перерізу і речовини?

6. Що називають питомим опором провідника? Який фізичний зміст цієї величини?

7. Побудуйте вольт-амперну характеристику провідника.

8. Як з погляду електронної теорії пояснити поняття "опір провідника"?

9. Як змінюється сила струму на ділянках послідовного з'єднання кола?

10. Який зв'язок напруги на кінцях цього кола з напругою на окремих її ділянках?

11. Напишіть формулу для загального опору послідовно з'єднаних провідників.

12. Чи різні напруги на кінцях паралельного з'єднання і на його розгалуженнях?

13. Який зв'язок сили струму в розгалуженій частині цього кола з силами струмів у його гілках?

14. Як пов'язані між собою сили струмів і опори у гілках паралельного з'єднання провідників?

15. Напишіть формули для загального опору паралельно з'єднаних провідників.