В этой главе мы поговорим о законе Ома и рассмотрим закон Ома для участка цепи с резисторами, это то, что мы должны знать в первую очередь в электричестве, потому что резисторы — это самые простые для изучения диполи.
Сопротивление и закон Ома
Электрическое сопротивление — это диполь, который включается в цепь. Он характеризуется величиной, называемой сопротивлением R.
Оно выражается в Ом. Например, R = 20 Ом или R = 3,5 Ом.
В отличие от токов и напряжений сопротивление всегда положительно!
Он представлен следующим прямоугольником:
Здесь, поскольку есть два сопротивления, они были отмечены R 1 и R 2.
Ток, протекающий через сопротивление один и тот же до и после его пересечения, поскольку мы находимся на одном проводе.
С другой стороны, потенциал (напряжение) до и после различается: следовательно, существует разность потенциалов и, следовательно, напряжение.
Это напряжение иногда обозначают U R, чтобы мы понимали, что это напряжение на резисторе:
Это напряжение связано со значением сопротивления R и силой тока по формуле, называемой законом Ома для участка цепи:
Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению U. Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) был первым, кто экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению.
Это важное соотношение известно как закон Ома для участка цепи. Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, подобный закону трения — явление, наблюдаемое экспериментально. Такая линейная зависимость возникает не всегда.
Сопротивление проводников
Если напряжение управляет током, что ему мешает? Электрическое свойство, которое тормозит ток (грубо похож на трение и сопротивление воздуха) называется сопротивлением R. Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами вещества передают энергию веществу и ограничивают ток. Сопротивление определяется как обратно пропорциональное току.
Закон Ома в такой форме действительно определяет сопротивление определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не универсален. Многие вещества, для которых справедлив закон Ома, называются омическими. К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы имеют сопротивление R , которое не зависит от напряжения U и тока I. Объект с простым сопротивлением называется резистором, даже если его сопротивление невелико.
Сопротивление варьируется на много порядков. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 10 12 Ом или более. Сопротивление между руками и ногами у человека может составлять 10 5 Ом, в то время как сопротивление сердца человека составляет около 10 3 Ом. Кусок медного провода большого диаметра длиной в метр может иметь сопротивление 10 -5 Ом, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомичны). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит.
