Закон Ома - физический закон, определяющий зависимость между электрическими величинами - напряжением, сопротивлением и током для проводников.
Впервые открыл и описал его в 1826 году немецкий физик Георг Ом, показавший (с помощью гальванометра) количественную связь между электродвижущей силой, электрическим током и свойствами проводника, как пропорциональную зависимость.
Впоследствии свойства проводника, способные противостоять электрическому току на основе этой зависимости, стали называть электрическим сопротивлением (Resistance), обозначать в расчётах и на схемах буквой R и измерять в Омах в честь первооткрывателя.
Сам источник электрической энергии также обладает внутренним сопротивлением, которое принято обозначать буквой r .

Брат Ома, Мартин Ом, сражался против немецкой системы образования. Все эти факторы затрудняли принятие работы Ома, которая не была полностью принята до десятилетия года. К счастью, Ому был признан за его вклад в науку, прежде чем он умер. Эта флуктуация, известная как шум Джонсона-Найквиста, обусловлена ​​дискретностью нагрузки. Закон Ома справедлив для среднего тока для резистивных материалов. Работа Ома предшествовала уравнениям Максвелла, а также любому пониманию схем переменного тока. Современные разработки в области электромагнитной теории и схемного анализа не противоречат закону Ома, когда они оцениваются в соответствующих пределах.

Закон Ома для участка цепи

Со школьного курса физики всем хорошо известна классическая трактовка Закона Ома:

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Это значит, если к концам проводника сопротивлением R = 1 Ом приложено напряжение U = 1 Вольт, тогда величина тока I в проводнике будет равна 1/1 = 1 Ампер.

Это легко понять, анализируя схему, в которой они находятся последовательно, источник напряжения и 6 Ом резистор. Можно установить соотношение между напряжением батареи, значением резистора и током, который подает аккумулятор, и который он циркулирует через резистор. Из той же формулы вы можете очистить напряжение как функцию тока и сопротивления, тогда Закон Ома. Таким образом, большее сопротивление имеет больший уклон.

Чтобы запомнить три выражения Закона Ома, использует треугольник, который имеет много общего с приведенными выше формулами и может дать три случая. Увеличение напряжения означает увеличение тока, а увеличение тока означает увеличение напряжения. При фиксированном напряжении: увеличение тока вызывает уменьшение сопротивления и увеличение сопротивления вызывает уменьшение тока при постоянном токе: напряжение следует за сопротивлением. Увеличение сопротивления вызывает увеличение напряжения, а увеличение напряжения вызывает увеличение сопротивления. При фиксированном значении сопротивления: ток следует за напряжением. . В частности, этот закон изучает взаимосвязь между тремя понятиями: течением, разностью потенциалов и электрическим.

Отсюда следуют ещё два полезных соотношения:

Если в проводнике, сопротивлением 1 Ом, протекает ток 1 Ампер, значит на концах проводника напряжение 1 Вольт (падение напряжения).

Если на концах проводника есть напряжение 1 Вольт и по нему протекает ток 1 Ампер, значит сопротивление проводника равно 1 Ом.

Вышеописанные формулы в таком виде могут быть применимы для переменного тока лишь в том случае, если цепь состоит только из активного сопротивления R .
Кроме того, следует помнить, что Закон Ома справедлив только для линейных элементов цепи.

Закон Ома позволяет объяснить явление электрического тока

В своей простейшей формулировке этот закон утверждает, что ток, протекающий через электрический проводник, прямо пропорционален разности потенциалов и, параллельно, обратно пропорционален сопротивлению. Это связано с прохождением электронов из одной точки в другую через трубопровод, например медный провод. Таким образом, интенсивность тока относится к числу электронов, проходящих через проводник в течение заданного времени, и их измерением являются усилители.

Разность потенциалов, обычно известная как электрическое напряжение, - это та, которая позволяет электронам двигаться через проводник, а его единица измерения - вольт. Наконец, сопротивление - это большая или меньшая оппозиция, которую какой-то проводник представляет для прохождения электрического тока.

Предлагается простой Онлайн-калькулятор для практических расчётов.

Закон Ома. Расчёт напряжения, сопротивления, тока, мощности.
После сброса ввести два любых известных параметра.

Закон Ома для замкнутой цепи

Если к источнику питания подключить внешнюю цепь сопротивлением R , в цепи пойдёт ток с учётом внутреннего сопротивления источника:

Эта простая формула объясняет, как связаны напряжение, ток и сопротивление. Открытие Закона Ома произошло в начале девятнадцатого века, эпоха, в которой генерация электрического тока уже была известна благодаря исследованию Александра Вольта. Немецкий ученый Георг Саймон Ом хотел вникать в достижения новой жидкости, обнаруженной Вольтой, и начал экспериментировать по свойствам электричества с использованием металлических тел, пока он, наконец, не обнаружил закон, который носит его имя.

Закон Ома определенно был усовершенствован электромагнитной теорией Максвелла

Хотя закон Ома был ключевым вкладом в описание того, как работает электричество, следует отметить, что этот закон не всегда выполняется, поскольку Георг Симон Ом не рассматривал другие законы, которые вмешиваются в электричество, законы Кирхгофа. Множество электрических явлений не объяснялось до тех пор, пока ученый Джеймс Клерк Максвелл не объединил электричество и так называемые законы Максвелла.

I - Сила тока в цепи.
- Электродвижущая сила (ЭДС) - величина напряжения источника питания не зависящая от внешней цепи (без нагрузки). Характеризуется потенциальной энергией источника.
r - Внутреннее сопротивление источника питания.

Для электродвижущей силы внешнеее сопротивление R и внутреннее r соединены последовательно, значит величина тока в цепи определится значением ЭДС и суммой сопротивлений: I = /(R+r) .

Также известны как напряжение или напряжение, но как они соотносят обе величины? Это был физик Георг Симон Ом, учитель средней школы, первый из которых установил эти отношения, которые мы теперь знаем как закон ома. Ток, протекающий через проводник, прямо пропорционален разности потенциалов между его концами и обратно пропорционален его электрическому сопротивлению.

Водители, которые соответствуют закону Ома

Выражение закона Ома также обычно записывается следующим образом. Это последнее выражение очень важно, поскольку оно отражает уменьшение или потерю электрического потенциала, возникающего между двумя точками сопротивления. Выражение закона Ома широко используется для анализа простых схем. Однако это не применимо в большинстве ситуаций. Как мы ранее изучали в разделе о электрическом сопротивлении, сопротивление тела зависит от.

Напряжение на выводах внешней цепи определится исходя из силы тока и сопротивления R соотношением, которое уже рассматривалось выше: U = IR .
Напряжение U , при подключении нагрузки R , всегда будет меньше чем ЭДС на величину произведения I*r , которую называют падением напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания.
С этим явлением мы сталкиваемся достаточно часто, когда видим в работе частично разряженные батарейки или аккумуляторы.
По мере разряда, увеличивается их внутреннее сопротивление, следовательно, увеличивается падение напряжение внутри источника, значит уменьшается внешнее напряжение U = - I*r .
Чем меньше ток и внутреннее сопротивление источника, тем ближе по значению его ЭДС и напряжение на его выводах U .
Если ток в цепи равен нулю, следовательно, = U . Цепь разомкнута, ЭДС источника равна напряжению на его выводах.

Поэтому закон Ома применим только тогда, когда водитель находится в определенном температурном диапазоне. Закон Ома справедлив только для некоторых материалов, называемых омическими, но не относится к образцам ионизованного газа и других проводников, называемых неосными. Материал, который его составляет. . Самым известным был тот, который сделал голландец Мусброк в городе Лейден, который известен как бутылка Лейдена.

Действие подвержения концов тела разности потенциалов вызывает непрерывное и упорядоченное движение зарядов в одном направлении, которое называется «электрическим током». Изучение движущихся зарядов называется «электродинамикой». Однако, зная атомную структуру, мы знаем, что ее значение от отрицательного до положительного. Поэтому мы скажем, что тело положительно заряжено, когда оно потеряло электроны и отрицательно, когда оно подхватило электроны.

В случаях, когда внутренним сопротивлением источника можно пренебречь (r ≈ 0), напряжение на выводах источника будет равно ЭДС ( ≈ U ) независимо от сопротивления внешней цепи R .
Такой источник питания называют источником напряжения .

Закон Ома для переменного тока

При наличии индуктивности или ёмкости в цепи переменного тока необходимо учитывать их реактивное сопротивление.
В таком случае запись Закона Ома будет иметь вид:

Это поток электронов, циркулирующих через проводник. Его можно получить как количество заряда, протекающего через поперечное сечение проводника за определенный промежуток времени. Устройство, измеряющее интенсивности, называется амперметром. Это тот, где поток зарядов в проводнике всегда течет в одном направлении. Он генерируется батареями.

Каждый терминал называется полюсом, который может быть как положительным, так и отрицательным. Это тот, где поток зарядов на водителе циклически меняет свое направление во времени. Воздействие электрического тока Пропуск электрического тока через проводники имеет разные эффекты в зависимости от природы проводников и интенсивности тока.

Здесь Z - полное (комплексное) сопротивление цепи - импеданс . В него входит активная R и реактивная X составляющие.
Реактивное сопротивление зависит от номиналов реактивных элементов, от частоты и формы тока в цепи.
Более подробно ознакомится с комплексным сопротивлением можно на страничке импеданс .

Этот ток действует непосредственно на нервную систему, вызывая нервные сокращения. Когда это происходит, говорят о поражении электрическим током. В результате этих столкновений атомы увеличивают свою энергию вибрации, и материал нагревается. Этот эффект используется в печах, анафрах, фенах и т.д.

Таким образом, когда магнитная стрелка приближается к токопроводящему току, наблюдается, что игла резко расходится с ее положением. Этот эффект, возможно, является самым важным с точки зрения технологии. Электрическая энергия преобразуется в световую энергию, такую ​​как флуоресцентные лампы, разрядные трубки и световые диоды.

С учётом сдвига фаз φ , созданного реактивными элементами, для синусоидального переменного тока обычно записывают Закон Ома в комплексной форме :

Комплексная амплитуда тока. = I amp e jφ
- комплексная амплитуда напряжения. = U amp e jφ
- комплексное сопротивление. Импеданс.
φ - угол сдвига фаз между током и напряжением.
e - константа, основание натурального логарифма.
j - мнимая единица.
I amp , U amp - амплитудные значения синусоидального тока и напряжения.

Например, если поток проходит через воду с кислотой, он разлагается на кислород и водород. Напряжение или электродвижущая сила - это энергия, необходимая для того, чтобы заряд мог двигаться через проводник. Он также известен как напряжение или разность потенциалов. Он может генерироваться батареей, аккумулятором или генератором переменного тока.

Обычно используется инструмент, называемый мультиметром, который может быть измерен в дополнение к вольтам, амперам, омам и т.д. Напряжение = Напряжение = Разность потенциалов. Это естественное противопоставление любого материала проходу электрического тока. В случае прямолинейного проводника электрическое сопротивление зависит от длины, площади и удельного сопротивления материала.

Нелинейные элементы и цепи

Закон Ома не является фундаментальным законом природы и может быть применим в ограниченных случаях, например, для большинства проводников.
Его невозможно использовать для расчёта напряжения и тока в полупроводниковых или электровакуумных приборах, где эта зависимость не является пропорциональной и её можно определять только с помощью вольтамперной характеристики (ВАХ). К данной категории элементов относятся все полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы, стабилитроны, тиристоры, варикапы и т.д.) и электронные лампы.
Такие элементы и цепи, в которых они используются, называют нелинейными.

Длина: сопротивление будет больше, чем длиннее проводника, так как число ударов электронов также будет больше. Характер материала: благодаря молекулярному составу материалы имеют разную степень сопротивления, что представлено коэффициентом удельного сопротивления, который представлен греческой буквой ρ.

В таблице приведены значения удельного электрического сопротивления некоторых веществ. Сопоставляя вышеупомянутые факторы, мы можем установить, что. Константа пропорциональности соответствует коэффициенту удельного сопротивления, а его значение характерно для каждого вещества. В международной системе оно выражается в Ω. м.

В 1826 году немецкий ученый Георг Ом совершил открытие и описал
эмпирический закон о соотношении между собой таких показателей как сила тока, напряжение и особенности проводника в цепи. Впоследствии, по имени ученого он стал называться закон Ома.

В дальнейшем выяснилось, что эти особенности не что иное, как сопротивление проводника, возникающее в процессе его контакта с электричеством. Это внешнее сопротивление (R). Есть также внутреннее сопротивление (r), характерное для источника тока.

Термическое перемешивание частиц проводника увеличивается либо за счет тепла, подаваемого снаружи, либо из-за самих ударов между электронами и атомами. Вследствие этого увеличения столкновений свободные электроны будут останавливаться чаще, поэтому ток будет уменьшаться.

Коэффициенты α зависят от каждого материала. Пример 1 - Расчет удельного сопротивления. Определите удельное сопротивление проводника, имеющего длину 4 км, участок 16 мм2 и сопротивление 20 Ом. Решение: Мы применяем формулу. Из этого мы очищаем удельное сопротивление ρ.

Закон Ома для участка цепи

Согласно обобщенному закону Ома для некоторого участка цепи, сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна сопротивлению.

Где U – напряжение концов участка,I– сила тока, R– сопротивление проводника.

Беря во внимание вышеприведенную формулу, есть возможность найти неизвестные значенияUиR, сделав несложные математические операции.

Пример 2 - Расчет длины проводника. Рассчитайте длину железно-никелевой проволоки диаметром 6 мм и сопротивлением 500 Ом. Решение. Сначала вычислим сечение из диаметра. Немецкий физик Джордж Ом решил, что для прохождения электрического тока через проводник на его концах должно быть электрическое напряжение; поэтому должна быть связь между напряжением, при котором проходит цепь, и проходящим через него током.

Установив аналогию между электрическим и током жидкости, Ом обнаружил, что ток был прямо пропорционален напряжению, будь то полная цепь или, в случае проводника, разность потенциалов между ее заканчивается; что-то похожее на то, что происходит в водопроводе, где расход пропорционален разности давлений между концами рассматриваемой детали.

Данные выше формулы справедливы лишь когда сеть испытывает на себе одно сопротивление.

Закон Ома для замкнутой цепи

Сила тока полной цепи равна ЭДС, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.

Замкнутая сеть имеет одновременно сопротивления внутреннего и внешнего характера. Поэтому формулы отношения будут уже другими.

Затем очистка предлагаемого выражения должна. Вычислите сопротивление электрического устройства, если оно подвержено напряжению 12 В, и циркулирует ток 20 мА. Обратите внимание на сопротивление печи, которая потребляет 3 ампера при напряжении 120 вольт.

Решение: Мы применяем закон Ома. Какую потенциальную разницу нужно применить к реостату 30 Ом для циркуляции через него 5 ампер? Именно ассоциация проводящих элементов делает возможным циркуляцию электрического тока. В любой электрической цепи потребление или сопротивления являются элементами, которые преобразуют электрическую энергию в какой-то другой тип энергии.

Где E – электродвижущая сила (ЭДС), R- внешнее сопротивление источника, r-внутреннее сопротивление источника.

Закон Ома для неоднородного участка цепи

Замкнутая электрическая сеть содержит участки линейного и нелинейного характера. Участки, не имеющие источника тока и не зависящие от стороннего воздействия являются линейными, а участки, содержащие источник – нелинейными.

Закон Ома для участка сети однородного характера был изложен выше. Закон на нелинейном участке будет иметь следующий вид:

I = U/ R = f1 – f2 + E/ R

Где f1 – f2 – разница потенциалов на конечных точках рассматриваемого участка сети

R – общее сопротивление нелинейного участка цепи

ЭДС нелинейного участка цепи бывает больше нуля или меньше. Если направление движения тока, идущего из источника с движением тока в электрической сети, совпадают, будет преобладать движение зарядов положительного характера и ЭДС будет положительная. В случае же совпадения направлений, в сети будет увеличено движение отрицательных зарядов, создаваемых ЭДС.

Закон Ома для переменного тока

При имеющейся в сети емкости или инертности, необходимо учитывать при проводимых вычислениях, что они выдают свое сопротивление, от действия которого ток приобретает переменный характер.

Закон Ома для переменного тока выглядит так:

где Z – сопротивление по всей длине электрической сети. Его еще называют импеданс. Импеданс составляют сопротивления активного и реактивного характера.

Закон Ома не является основным научным законом, а лишь эмпирическим отношением, причем в некоторых условиях оно может не соблюдаться:

  • Когда сеть обладает высокой частотой, электромагнитное поле меняется с большой скоростью, и при расчетах необходимо учитывать инертность носителей заряда;
  • В условиях низкой температуры с веществами, которые обладают сверхпроводимостью;
  • Когда проводник сильно нагревается проходящим напряжением, отношение тока к напряжению становится переменным и может не соответствовать общему закону;
  • При нахождении под высоким напряжением проводника или диэлектрика;
  • В светодиодных лампах;
  • В полупроводниках и полупроводниковых приборах.

В свою очередь элементы и проводники, соблюдающие закон Ома, называются омическими.

Закон Ома может дать объяснение некоторым явлениям природы. Например, когда мы видим птиц, сидящих на высоковольтных проводах, у нас возникает вопрос – почему на них не действует электрический ток? Объясняется это довольно просто. Птицы, сидя на проводах, представляют собой своеобразные проводники. Большая часть напряжения приходится на промежутки между птицами, а та доля, что приходится на сами «проводники» не представляет для них опасности.

Но это правило работает лишь при единичном соприкосновении. Если птица заденет клювом или крылом провод или телеграфный столб, она неминуемо погибнет от огромного количества напряжения, которое несут в себе эти участки. Такие случаи происходят повсеместно. Поэтому в целях безопасности в некоторых населенных пунктах установлены специальные приспособления, защищающие птиц от опасного напряжения. На таких насестах птицы находятся в полной безопасности.

Закон Ома также широко применятся на практике. Электричество смертельно опасно для человека при одном лишь касании к оголенному проводу. Но в некоторых случаях сопротивление человеческого тела может быть разным.

Так, например, сухая и неповрежденная кожа обладает большим сопротивлением к воздействию электричества нежели рана или кожа, покрытая потом. В следствие переутомления, нервного напряжения и опьянения, даже при небольшом напряжении тока человек может получить сильный удар током.

В среднем, сопротивление тела человека – 700 Ом, значит, для человека является безопасным напряжение в 35 В. Работая с большим напряжением, специалисты используют .