Открыть сервисСервис
Главная → Блог → Закон Ома — основной закон электричества

Закон Ома — основной закон электричества

Закон Ома — фундаментальный закон электротехники, устанавливающий пропорциональность между силой тока в проводнике и напряжением на его концах при постоянных температуре и прочих параметрах среды. Математически закон выражается формулой I = U / R, где I — сила тока (в амперах), U — напряжение (в вольтах), R — сопротивление проводника (в омах). Закон назван в честь немецкого физика Георга Ома, опубликовавшего его в 1827 году.

Историческая справка

Георг Симон Ом (1789—1854) — немецкий физик и математик, профессор, работавший в Мюнхене. В 1827 году он издал работу «Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet» («Гальваническая цепь, математически обработанная»), в которой на основе экспериментов с гальваническими элементами и проводниками сформулировал зависимость между током, напряжением и сопротивлением. Ом использовал термобатарею (термопару) как источник постоянного тока и проводники различной длины и сечения из однородных материалов.

Первоначально закон Ома был принят неоднозначно: немецкая научная общественность, в частности Ганс Кристиан Эрстед, отнеслась к нему скептически, а работы Ома не получили широкого признания в Германии. Ситуацию изменили опыты французских физиков — в 1838 году Франсуа Араго и Жан-Батист Био представили результаты, подтвердившие закон, после чего Ом был избран членом Баварской академии наук. В 1841 году Лондонское королевское общество присудило Ому медаль Копли — высшую награду общества.

В честь учёного названа единица измерения электрического сопротивления — ом (обозначение: Ω). В Международной системе единиц (СИ) ом определяется как сопротивление проводника, по которому при постоянном напряжении 1 вольт протекает ток 1 ампер.

Формулировка и математическое выражение

Классическая формулировка закона Ома для участка цепи: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка:

I = U / R

Эквивалентные формы записи:

  • U = I · R — для определения напряжения;
  • R = U / I — для определения сопротивления.

Закон Ома справедлив для линейных (омических) проводников — металлов, электролитов, большинства растворов кислот и щелочей — при условии, что температура проводника постоянна. Сопротивление металлического проводника зависит от материала, длины, поперечного сечения и температуры:

R = ρ · l / S

где ρ — удельное сопротивление материала (Ом·м), l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения.

Закон Ома для полной цепи

Различают закон Ома для участка цепи и для полной цепи. Для полной цепи формула принимает вид:

I = E / (R + r)

где E — электродвижущая сила (ЭДС) источника тока, R — внешнее сопротивление цепи, r — внутреннее сопротивление источника. Из этой формулы следует, что напряжение на зажимах источника (напряжение разности потенциалов) равно U = E − I · r — так называемое «падение напряжения» на внутреннем сопротивлении.

Область применимости и исключения

Закон Ома носит частный характер и не является универсальным законом природы. Он выполняется для:

  • металлических проводников при постоянной температуре;
  • электролитов (растворов кислот, щелочей, солей);
  • большинства полупроводников в определённых режимах (в области линейной вольт-амперной характеристики).

Закон Ома не выполняется для:

  • газов (при газоразрядных процессах);
  • электролитов при высоких плотностях тока (происходит поляризация);
  • полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов) — их вольт-амперные характеристики нелинейны;
  • электрической дуги;
  • проводников при сильном нагреве (сопротивление меняется с температурой).

В общем виде закон Ома для нелинейных элементов записывается как U = f(I) — дифференциальная форма, где сопротивление определяется как R = dU / dI (дифференциальное сопротивление).

Электрическое сопротивление

Сопротивление — величина, характеризующая свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока. Единица измерения в СИ — ом (Ом). Практически используются кратные единицы: килоом (кОм, 10³ Ом), мегаом (МОм, 10⁶ Ом), миллиом (мОм, 10⁻³ Ом).

Удельное сопротивление ρ зависит от материала проводника. Наиболее низкое удельное сопротивление у серебра (≈ 0,0159 Ом·мм²/м), затем идут медь (≈ 0,0175), золото, алюминий (≈ 0,0295). Высокое удельное сопротивление имеют сплавы — нихром, константан, которые применяются в нагревательных приборах и реостатах.

Применение

Закон Ома является основой расчёта электрических цепей: он используется при проектировании электроприборов, расчёте токов и напряжений в линиях электропередачи, подборе резисторов и предохранителей, а также в электронике и радиотехнике. На законе Ома основан принцип работы мультиметра — прибора для измерения напряжения, тока и сопротивления. Закон Ома изучается в школьном курсе физики и является одним из первых законов электричества, с которым знакомится студент технических вузов.

См. также

Источники

  • Ом Г. С. Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet. — Berlin, 1827.
  • Физика: учебник для вузов / под ред. И. В. Савельева. — М.: АСТ, 2004.
  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. Том III. Электричество. — М.: Наука, 1989.
  • Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. — М.: Наука, 1976.

Похожие материалы

Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru