14. Закон Ома для участка электрической цепи

Закон Ома для участка электрической цепи

Георг Ом установил закон, связывающий три характеристики цепи: напряжение, сила тока, сопротивление.

Сила тока на некотором участке цепи прямопропорциональна приложенному напряжению и обратнопропорциональна сопротивлению данного участка.

I=U/R

Из этой формулы следуют некоторые другие:

R= U/I – формула для нахождения сопротивления.

U=IR – формула для нахождения напряжения.

Удельное сопротивление

Зависимость сопротивления проводника от его размеров и вещества, из которого изготовлен проводник, впервые на опытах изучил Ом. Он установил, что сопротивление прямопропорционально длине проводника, и обратнопропорционально площади его поперечного сечения и зависит от рода вещества проводника.

Для учета зависимости сопротивления от рода вещества ввели понятие удельное сопротивление вещества.

Удельное сопротивление вещества – сопротивление проводника из данного вещества длиной 1 м, площадью поперечного сечения 1 м2.

Введём буквенные обозначения:

ро – удельное сопротивление

l – его длина

S – площадь поперечного сечения

Тогда сопротивление проводника R выражается формулой:

R=ро*l/S

Из этой формулы следуют некоторые другие:

ро=RS/l

Единица измерения – 1 Ом*м, т. к. [pо]=1 Ом*м^2/м = 1 Ом*м

Удобнее выражать площадь поперечного сечения проводника в квадратных миллиметрах, тогда единицей измерения будет:

1 Ом*мм^2/м

Реостаты

Для регулировки силы тока в цепи применяют специальные приборы – реостаты.

Покажем принцип работы реостата:

Рассмотрим реостат в виде керамического цилиндра, обмотанного никелиновой проволокой. Проволока покрыта тонким слоем не проводящей ток окалины, поэтому витки её изолированы друг от друга. Над обмоткой расположен металлический стержень, по которому может перемещаться ползунок. Своими контактами он прижат к виткам обмотки. Перемещая ползунок по стержню, мы уменьшаем или увеличиваем сопротивление реостата, т.к. при этом меняется длина, то и меняется сопротивление, причём пропорционально. А регулируя сопротивление при постоянном напряжении в цепи, мы можем изменять силу тока.

Виды соединений проводников

Всего существует два вида соединения проводников:

- параллельное;

- последовательное.

Рассмотрим последовательное соединение:

Мы уже знаем, что при последовательном соединении сила тока в любых участках цепи одна и та же.

I=I1=I2

Соединяя проводники последовательно, мы как бы увеличиваем длину проводника. При этом сопротивление цепи становится больше сопротивления одного проводника.

Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

R=R1+R2

Напряжение на концах отдельных участков цепи рассчитаем по закону Ома:

U1=IR1, U2=IR2

Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжении на полюсах источника тока равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:

U=U1+U2

Все приведённых закономерности справедливы для любого числа последовательно соединенных проводников.

Рассмотрим параллельное соединение:

При параллельном соединении все входящие в цепь проводники одним своим концом присоединяются к одной точке, а вторым концом – к другой. Поэтому напряжение на всём участке цепи и на концах всех параллельно соединённых проводников одно и то же:

U=U1=U2

При параллельном соединении ток в точке разъединения проводников разветвляется на два тока I1 и I2, а затем снова сходится в точки соединения проводников.

Поэтому принято считать, что сила тока неразветвлённой части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединённых проводниках.

I=I1+I2

Сопротивление при параллельном соединении рассчитаем по закону Ома:

U/R =U/R1 +U/R2

Отсюда следует, что общее, обратнопропорциональное сопротивление цепи с параллельным соединением проводников равно сумме обратнопропорциональных сопротивлений каждого участка такого вида соединения:

1/R = 1/R1 +1/R2 .