Взаимосвязь между силой тока на участке цепи и напряжением на концах этого участка также установлена Г. Омом и называется Законом Ома для участка цепи . Сила тока на участке цепи пропорциональна напряжению на концах участка:
I = sU .
Физическая величина, обратная s,
Показывает, насколько хорошо участок сопротивляется протеканию тока, и оказывается равной Электрическому сопротивлению участка цепи , введенному при описании замкнутой цепи.
Закон Ома чаще всего записывается в виде
I = U /R .
Единицей электрического сопротивления в СИ является ом (Ом).
За направление тока в теории электрических цепей принято направление движения положительно заряженных частиц, поэтому в металлических проводниках направление тока противоположно движению реально перемещающихся по металлу электронов проводимости.
Последовательное и параллельное соединение элементов электрической цепи
Электрический ток протекает в реальных системах через элементы, соединенные различными способами.
На рисунке 7 изображена цепь, состоящая из источника тока, амперметра А , резистора R и ключа К , замыкающего цепь.
Такой способ соединения элементов электрической цепи (выход предыдущего элемента соединен со входом последующего) называется Последовательным . В нем заряд, который протекает через один элемент цепи, также протекает и через другой элемент, поэтому сила тока в каждом последовательно соединенном элементе цепи одна и та же:
I = IR = IK = IA = Iε .
Силу тока измеряют амперметром, который в цепь включается всегда последовательно.
Другой способ соединения элементов электрической цепи – параллельный, при котором все входные концы, или клеммы, элементов, соединены в точке А , а выходные – в точке В (рис. 8).
Подходя к участку цепи с таким соединением элементов, заряды растекаются по ним; значение силы тока до разветвления равно сумме значений силы тока в элементах:
I = I 1 + I 2 +…+ IN .
Если через вольтметр протекает маленький ток, ответвляющийся от основной цепи (у него большое внутреннее сопротивление), то вольтметр очень мало искажает работу цепи. Показания вольтметра в этом случае следующие: UV = IV RV .
Идеальным вольтметром считается вольтметр с бесконечно большим сопротивлением, в то время как идеальным амперметром – амперметр с нулевым внутренним сопротивлением.
Особенностью параллельного соединения элементов является равенство напряжения на них, поскольку для всех элементов
U = jA – jB .
Если участок цепи содержит несколько резисторов, соединенных последовательно, то ток через все резисторы одинаков, напряжение на каждом из них равно IR 1, IR 2 и т. д., напряжение на концах участка
U = IR 1 + IR 2 + …,
Поэтому сила тока I во внешней по отношению к данному участку цепи не изменится, если этот участок заменить одним резистором
R Общ = R 1 + R 2 + … + Rn .
Если участок цепи c напряжением U на концах содержит несколько резисторов, соединенных параллельно, то сила тока в каждом резисторе такова, что
I 1R 1 = I 2R 2 = … = U ,
I = I 1 + I 2 + …
Следовательно, если этот участок заменить одним резистором с сопротивлением
,
То ток во внешней по отношению к данному участку цепи не изменится.
Расчет токов и напряжений на различных участках цепи
В электрических цепях с произвольным соединением элементов (рис. 9) необходимо:
1. Выделить участки, в которых элементы соединены или последовательно, или параллельно.
2. Заменить резисторы на этих участках одним резистором, общее сопротивление R Общ которого не изменит силу тока на остальных участках цепи.
3. Повторить такие действия еще раз, если вновь образовавшаяся цепь будет иметь участки с последовательным или параллельным соединением элементов. В результате схема должна быть эквивалентна цепи с одним резистором, присоединенным к источнику тока.
Если в цепи нет участков, соединенных явно последовательно или явно параллельно, то полезно учесть следующие общие закономерности:
1. Сумма сил токов, входящих в узел цепи (по разным ее ветвям), равна сумме сил токов, выходящих из узла.
2. Если часть элементов образует замкнутый контур, не содержащий источников тока, и направление электрического тока на его участках задано, то при обходе контура сумма произведений токов и сопротивлений отдельных участков (с учетом направления тока) равна нулю. Например, для участка ABCD (рис. 10)
0 = (jA – jB ) + (jB – jC ) + (jC – jD ) + (jD – jA ) = I 1R 1 – I 2R 2 + I 3R 3 + I 4R 4.
3. Если участок цепи с известным направлением электрического тока I содержит источник тока, то этот участок лучше разбить на два участка: один должен быть с источником тока без внутреннего сопротивления, а другой – с резистором сопротивлением R , которое равно внутреннему сопротивлению источника тока. Тогда разность потенциалов на первом из них равна по модулю ЭДС Источника тока, а на втором разность потенциалов равна Ir (можно применить пункт 2). Знак разности потенциалов выбирается исходя из того, что потенциал положительной клеммы источника тока выше, а потенциал на резисторе выше там, откуда течет электрический ток. Например, на участке цепи в верхней части рисунка 11
J1 – j3 = (j1 – j2) + (j2 – j3) = Ir – ,
А на участке цепи в нижней части рисунка 11
J1 – j3 = (j1 – j2) + (j2 – j3) = – Ir – .
Таким образом, напряжение, измеряемое идеальным вольтметром на клеммах источника тока, равно U = , если внутреннее сопротивление источника тока равно нулю (рис. 12,A ). При обычном его использовании, когда электрический ток течет от клеммы (+) к клемме (–) По внешней цепи , напряжение U = – Ir (рис. 12,Б ). Если источник тока является аккумулятором, заряжающимся от другого источника тока (рис. 12,В ) так, что электрический ток течет от клеммы (+) к клемме (–) Внутри самого источника тока , то U = + Ir .
Когда напряжение на клеммах источника тока поддерживается постоянным, то источник тока называют Источником напряжения .
4. Если направления электрических токов в цепи неизвестны, то следует выбрать их произвольно.
Верное использование свойств электрических цепей приведет к системе уравнений, решение которых задаст величину и направление электрического тока. Если сила тока получилась отрицательной, следовательно, на данном участке цепи электрический ток течет в направлении, противоположном выбранному первоначально.
§ 16. ЗАКОН ОМА
Соотношение между э. д. с, сопротивлением и силой тока в замкнутой цепи выражается законом Ома, который может быть сформулирован так: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи .
Ток в цепи протекает под действием э. д. с; чем больше э. д. с. источника энергии, тем больше и сила тока в замкнутой цепи. Сопротивление цепи препятствует прохождению тока, следовательно, чем больше сопротивление цепи, тем меньше сила тока.
Закон Ома можно выразить следующей формулой:
где r - сопротивление внешней части цепи,
r 0 - сопротивление внутренней части цепи.
В этих формулах сила тока выражена в амперах, э. д. с. - в вольтах, сопротивление - в омах.
Для выражения малых токов вместо ампера применяют единицу, в тысячу раз меньшую ампера, называемую миллиампером (ма ); 1 а - 1000 ма .
Сопротивление всей цепи:
Если под действием э. д. с. в 1 в в замкнутой цепи протекает ток величиной в 1 а , то сопротивление такой цепи равно 1 ом , т. е. 1 ом =
Закон Ома справедлив не только для всей цепи, но и для любого ее участка.
Если участок цепи не содержит источника энергии, то положительные заряды на этом участке перемещаются из точек более высокого потенциала к точкам более низкого потенциала. Источник энергии затрачивает известную энергию, поддерживая разность потенциалов между началом и концом этого участка. Эта разность потенциалов называется напряжением между началом и концом рассматриваемого участка.
Таким образом, применяя закон Ома для участка цепи, получим:
Закон Ома можно сформулировать следующим образом: сила тока на участке электрической цепи равна напряжению на зажимах этого участка, деленному на его сопротивление .
Напряжение на участке цепи равно произведению силы тока на сопротивление этого участка, т. е. U = Ir .
Из выражения закона Ома для замкнутой цепи получим
где Ir . - падение напряжения в сопротивлении r ., т. е. во внешней цепи, или, иначе, напряжение на зажимах источника энергии (генератора) U,
Ir 0 - падение напряжения в сопротивлении r 0 ., т. е. внутри источника энергии (генератора); оно определяет часть э. д. с, которая расходуется на проведение тока через внутреннее сопротивление источника энергии.
Для измерения силы тока в цепи используется прибор,
называемый амперметром
(миллиамперметром). Напряжение, как указывалось выше, измеряется вольтметром.
Условное обозначение амперметра и вольтметра показано на рис. 15, а. Для
включения амперметра цепь тока разрывается и в месте разрыва концы проводов
присоединяются к зажимам
амперметра (рис. 15, б).
Таким образом, через прибор проходит весь измеряемый ток; такое включение называется
последовательным
. Вольтметр подключают к началу и к концу участка
цепи, такое включение
вольтметра называется параллельным
.
Вольтметр показывает падение напряжения на данном участке. Если вольтметр подключить к началу 
внешней цепи - положительному полюсу источника энергии
и к концу внешней цепи- к отрицательному полюсу источника энергии, то он
покажет падение напряжения во всей внешней цепи, которое будет в то же время
напряжением на зажимах источника энергии.
Напряжение на зажимах источника энергии (генератора) равно разности между э.д.с. и падением напряжения на внутреннем сопротивлении этого источника, т.е.
U=E – Ir 0 (25)
Если уменьшать сопротивление внешней цепи r , то сопротивление всей цепи r + r 0 также уменьшится, а сила тока в цепи увеличится. С увеличением силы тока падение напряжения внутри источника энергии (Ir 0 ) возрастет, так как внутреннее сопротивление r 0 источника энергии остается неизменным. Следовательно, с уменьшением сопротивления внешней цепи напряжение на зажимах источника энергии также уменьшается. Если зажимы источника энергии соединить проводником с сопротивлением, практически равным нулю, то ток в цепи I = .
Это выражение определяет наибольший ток, который может быть получен в цепи данного источника.
Если сопротивление внешней цепи практически равно нулю, то такой режим называется коротким замыканием .
Для источников энергии с малым внутренним сопротивлением, например для электрических генераторов (электромашин) и кислотных аккумуляторов, короткое замыкание весьма опасно -оно может вывести из строя эти источники.
Короткое замыкание возникает довольно часто, например из-за нарушения изоляции проводов, соединяющих приемник с источником энергии. Лишенные изолирующего покрова металлические (обычно медные) линейные провода при взаимном соприкосновении образуют весьма малое сопротивление, которое по сравнению сопротивлением приемника может быть принято равным нулю.
Для защиты электротехнической аппаратуры от токов коротких замыканий применяют различные предохранительные устройства.
Пример 1. Аккумуляторная батарея с э. д. с. 42 в и внутренним сопротивлением 0,2 ом замкнута на приемник энергии, имеющий сопротивление 4 ом . Определить силу тока в цепи и напряжение на зажимах батареи.
Пример 2 . Кислотный аккумулятор имеет э. д. с. 2 в и внутреннее сопротивление- r 0 =0,05 ом. При подключении к аккумулятору внешнего сопротивления протекает ток силой 4 а . Определить сопротивление внешней цепи.
Пример 3. Генератор постоянного тока имеет внутреннее сопротивление 0,3 ом . Определить э. д. с. генератора, если при включении его на приемник энергии с сопротивлением 27,5 ом на зажимах генератора устанавливается напряжение 110 в .
Силу тока, протекающую в замкнутой цепи, можно найти из следующего выражения:
Э, д. с. генератора равна:
Е=U+Ir=110+4·0,3=111,2 в .
Пример 4. Батарея кислотных аккумуляторов с э. д. с. 220 в и внутренним сопротивлением 0,5 ом оказалась замкнутой накоротко. Определить ток в цепи.
Так как для приведенного в примере типа аккумуляторной батареи при нормальном (десятичасовом) разряде ток равен 3,6 а , то ток в 440 а является безусловно опасным для целости батареи.
Измерение сопротивления проводника: R =U/I→ 1 Ом = 1 В/1 А.
Электрическое сопротивление (R) - свойство электрической цепи (проводника) противодействовать протекающему по ней электрическому току, измеряемое при постоянном напряжении на его концах отношением этого напряжения к силе тока.
Природа электрического сопротивления на основе электронных представлений о строении вещества: "потеря" упорядоченного движения свободными заряженными частицами в проводнике при их взаимодействии с ионами кристаллической решетки.
Зависимость электрического сопротивления проводника от его длины (реостаты), поперечного сечения и материала. Удельное сопротивление материала проводника: .
Вопрос : Почему сопротивление проводника зависит от его длины, площади поперечного сечения и материала?
Для провода = 
, где - удельная электрическая проводимость.
- (закон Ома в дифференциальной форме) - устанавливает связь между величинами для каждой точки проводника.
Демонстрация зависимости сопротивления проводника от его температуры (малый накал). Температурный коэффициент сопротивления.
Границы применимости закона Ома.
IV. Задачи:
- Определите электрический заряд, прошедший через поперечное сечение проводника сопротивлением 3 Ом при равномерном нарастании напряжения на концах проводника от 2 В до 4 В в течение 20 с.
2. Определить площадь поперечного сечения и длину проводник из алюминия, если его сопротивление 0,1 Ом, а масса 54 г.
Вопросы:
1. Объясните, позему сопротивление проволоки зависит от его материала, длины и площади поперечного сечения.
2. Как отрезать кусок провода сопротивлением 5 Ом?
3. Длину медной проволоки вытягиванием увеличили вдвое. Как изменилось ее сопротивление?
4. Почему сопротивление кожи человека зависит от ее состояния, площади контакта, приложенного напряжения, длительности протекания тока?
5. Изменится ли сопротивление вольфрамового волоска электрической лампы, рассчитанной на 120 В, если присоединить ее к источнику тока с напряжением 4 В?
6. Высота плотины – электрическое напряжение, расход воды из отверстия у основании плотины – сила тока. Удачна ли эта аналогия?
V . § 54 Упр. 10 № 3
1. Предложите конструкцию и рассчитайте параметры реостата (материал провода, длина, площадь поперечного сечения), сопротивление которого можно плавно изменять от 0 до 100 Ом при максимальной силе электрического тока до 2 А.
2. Как изменяется сопротивление проволоки при ее растяжении? Попробуйте установить эту зависимость в пределах упругих деформаций. Предложите конструкцию и рассчитайте параметры прибора (тензодатчика), предназначенного для измерения механического напряжения.
Дополнительная информация: Тензорезистивный эффект – изменение сопротивления материала при деформации (недавно созданные материалы из алюминия и кремния изменяют свое сопротивление при ударе почти в 900 раз).
3. Предложите конструкцию и опишите электрическую схему прибора для установления зависимости удельного сопротивления проводника от температуры (можно с реостатом).
4. Измерьте удельное сопротивление воды при комнатной температуре и при температуре кипения.
"Непосредственный опыт всегда очевиден, и из него в кратчайшее время можно извлечь пользу".
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 "ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА ПРОВОДНИКА"
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Научить учеников с заданной точностью измерять удельное сопротивление материала проводника.
ТИП УРОКА: лабораторная работа.
ОБОРУДОВАНИЕ: Источник тока, амперметр и вольтметр лабораторные, ключ, реостат, линейка ученическая, проводник на колодке, соединительные провода, штангенциркуль (микрометр).
ПЛАН УРОКА: 1. Вступительная часть 1-2 мин
2. Вводный инструктаж 5 мин
3. Выполнение работы 30 мин
4. Задание на дом 2-3 мин
II . Схема лабораторной установки на доске. Как измерить сопротивление проводника; площадь поперечного сечения проволоки; длину проводника?
Относительная и абсолютная погрешность при измерении удельного сопротивления:
III . Выполнение работы.
Для существования электрического тока внутри проводника должно существовать электрическое поле, а для существования поля в проводнике необходима разность потенциалов. Разность потенциалов называют напряжением. Причем ток направлен в сторону уменьшения потенциалов (ток по договоренности обусловлен движением положительных зарядов), а свободные электроны, соответственно, движутся в обратную сторону. Рассмотрим движение частиц в металлическом проводнике.
Рис. 1. Движение частиц в металлическом проводнике
Допустим, на концах некоторого участка проводника существуют потенциалы и , причем .
В таком случае напряжение на участке (или разность потенциалов) равно .
Опытным путем было показано, что, чем больше напряжение на участке, тем больше сила тока, проходящего через него.
Немецкий ученый Георг Ом в 1826 году провел серию опытов и получил зависимость, которую впоследствии назвали законом Ома.
Рис. 2. Георг Ом
Для разных проводников он строил так называемые вольт-амперные характеристики - графики зависимости силы тока от напряжения.
Рис. 3. График зависимости силы тока от напряжения
В результате была обнаружена линейная связь силы тока с напряжением: увеличивая напряжение, увеличиваем и силу тока, это увеличение происходит прямо пропорционально: .
Однако, как видно из графиков, для каждого проводника коэффициент пропорциональности разный. Это означало, что каждый проводник обладает некоторой мерой проводимости тока, и для разных проводников она разная. Эту величину назвали электрическим сопротивлением . Обозначение сопротивления - R.
При одном и том же напряжении проводники с меньшим сопротивлением будут пропускать ток большей силы.
Используя опытные результаты, Омом был сформулирован закон, впоследствии названный законом Ома для участка цепи. Закон Ома для участка цепи: сила тока для однородного проводника на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Сопротивление является главной характеристикой проводника. В чем же природа сопротивления? Чем обусловлена лучшая или худшая проводимость тока проводниками? Дело в том, что электроны, которые движутся в металле под действием электрического поля, не движутся в однородной среде, они постоянно взаимодействуют с узлами кристаллической решетки металла и атомами различных примесей, замедляясь. В перерывах же между ударами они движутся равноускоренно.
Рис. 4. Движение электронов в металлическом проводнике
Проводники могут быть твердые, жидкие, газообразные, плазменные и во всех них существует свое электрическое сопротивление.
После объяснения механизма сопротивления становится очевидным, что сопротивление зависит только от свойств проводника, в частности, материала, геометрических размеров и температуры. Какова же эта зависимость?
В данном случае это l - длина проводника;
S - площадь поперечного сечения проводника;
Ρ - удельное сопротивление.
Чем проводник длиннее, тем его электрическое сопротивление больше, а чем площадь поперечного сечения проводника больше, тем электрическое сопротивление меньше.
Удельное сопротивление - табличная величина, характеризующая способность материала к сопротивлению, показывает, каким сопротивлением обладает проводник длиной 1 метр, площадь поперечного сечения которого составляет 1 м 2 .
Единица измерения сопротивления - Ом:
Единица измерения удельного сопротивления: . По удельному сопротивлению мы можем судить о материале и о том, как его можно использовать. Все удельные сопротивления известных нам материалов собраны в таблице:
Рис. 5. Удельное сопротивление металлов
По признаку проводимости все материалы разделяются на три группы: проводники (удельное сопротивление порядка 10 -8 Ом м), полупроводники (порядка 10 -4 -10 2 Ом м) и изоляторы (порядка 10 8 -10 17 Ом м).
Закон Ома для участка цепи имеет значение для расчета электрических цепей.
На следующем уроке мы рассмотрим, как соединяются электрические сопротивления (резисторы).
- Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) - М.: Мнемозина, 2012.
- Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. - М.: Илекса, 2005.
- Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика. Электродинамика. - М., 2010.
Домашнее задание
- Для изготовления резистора сопротивления 126 Ом использовали никелевый провод с площадью сечения 0,1 мм 2 . Какая длина этого провода?
- Как изменится сопротивление оголенного провода, если его сложить в два раза?
- От чего зависит сопротивление?
- Интернет-портал Kakras.ru ().
- Интернет-портал Class-fizika.narod.ru ().
- Интернет-портал Uchifiziku.ru ().
- Интернет-портал Electromechanics.ru ().
Георг Симон Ом начал свои исследования вдохновляясь знаменитым трудом Жана Батиста Фурье «Аналитическая теория тепла». В этой работе Фурье представлял тепловой поток между двумя точками как разницу температур, а изменение теплового потока связывал с его прохождением через препятствие неправильной формы из теплоизолирующего материала. Аналогично этому Ом обуславливал возникновение электрического тока разностью потенциалов.
Исходя из этого Ом стал экспериментировать с разными материалами проводника. Для того, чтобы определить их проводимость он подключал их последовательно и подгонял их длину таким образом, чтобы сила тока была одинаковой во всех случаях.
Важно при таких измерениях было подбирать проводники одного и того же диаметра. Ом, замеряя проводимость серебра и золота, получил результаты, которые по современным данным не отличаются точностью. Так, серебряный проводник у Ома проводил меньше электрического тока, чем золотой. Сам Ом объяснял это тем, что его проводник из серебра был покрыт маслом и из-за этого, по всей видимости, опыт не дал точных результатов.
Однако не только с этим были проблемы у физиков, которые в то время занимались подобными экспериментами с электричеством. Большие трудности с добычей чистых материалов без примесей для опытов, затруднения с калибровкой диаметра проводника искажали результаты тестов. Еще большая загвоздка состояла в том, что сила тока постоянно менялась во время испытаний, поскольку источником тока служили переменные химические элементы. В таких условиях Ом вывел логарифмическую зависимость силы тока от сопротивления провода.
Немногим позже немецкий физик Поггендорф, специализировавшийся на электрохимии, предложил Ому заменить химические элементы на термопару из висмута и меди. Ом начал свои эксперименты заново. В этот раз он пользовался термоэлектрическим устройством, работающем на эффекте Зеебека в качестве батареи. К нему он последовательно подключал 8 проводников из меди одного и того же диаметра, но различной длины. Чтобы измерить силу тока Ом подвешивал с помощью металлической нити над проводниками магнитную стрелку. Ток, шедший параллельно этой стрелке, смещал ее в сторону. Когда это происходило физик закручивал нить до тех пор, пока стрелка не возвращалась в исходное положение. Исходя из угла, на который закручивалась нить можно было судить о значении силы тока.
В результате нового эксперимента Ом пришел к формуле:
Х = a / b + l
Здесь X – интенсивность магнитного поля провода, l – длина провода, a – постоянная величина напряжения источника, b – постоянная сопротивления остальных элементов цепи.
Если обратиться к современным терминам для описания данной формулы, то мы получим, что Х – сила тока, а – ЭДС источника, b + l – общее сопротивление цепи .
Закона Ома для участка цепи
Закон Ома для отдельного участка цепи гласит: сила тока на участке цепи увеличивается при возрастании напряжения и уменьшается при возрастании сопротивления этого участка.
I = U / R
Исходя из этой формулы, мы можем решить, что сопротивление проводника зависит от разности потенциалов. С точки зрения математики, это правильно, но ложно с точки зрения физики. Эта формула применима только для расчета сопротивления на отдельном участке цепи.
Таким образом формула для расчета сопротивления проводника примет вид:
R = p ⋅ l / s
Закон Ома для полной цепи
Отличие закона Ома для полной цепи от закона Ома для участка цепи заключается в том, что теперь мы должны учитывать два вида сопротивления. Это «R» сопротивление всех компонентов системы и «r» внутреннее сопротивление источника электродвижущей силы. Формула таким образом приобретает вид:
I = U / R + r
Закон Ома для переменного тока
Переменный ток отличается от постоянного тем, что он изменяется с определенными временными периодами. Конкретно он изменяет свое значение и направление. Чтобы применить закон Ома здесь нужно учитывать, что сопротивление в цепи с постоянным током может отличатся от сопротивления в цепи с током переменным. И отличается оно в том случае если в цепи применены компоненты с реактивным сопротивлением. Реактивное сопротивление может быть индуктивным (катушки, трансформаторы, дроссели) и емкостными (конденсатор).
Попробуем разобраться, в чем реальная разница между реактивным и активным сопротивлением в цепи с переменным током. Вы уже должны были понять, что значение напряжение и силы тока в такой цепи меняется со временем и имеют, грубо говоря, волновую форму.
Если мы схематически представим, как с течением времени меняются эти два значения, у нас получится синусоида. И напряжение, и сила тока от нуля поднимаются до максимального значения, затем, опускаясь, проходят через нулевое значение и достигают максимального отрицательного значения. После этого снова поднимаются через нуль до максимального значения и так далее. Когда говорится, что сила тока или напряжение имеет отрицательное значение, здесь имеется ввиду, что они движутся в обратном направлении.
Весь процесс происходит с определенной периодичностью. Та точка, где значение напряжения или силы тока из минимального значения поднимаясь к максимальному значению проходит через нуль называется фазой.
На самом деле, это только предисловие. Вернемся к реактивному и активному сопротивлению. Отличие в том, что в цепи с активным сопротивлением фаза тока совпадает с фазой напряжения. То есть, и значение силы тока, и значение напряжения достигают максимума в одном направлении одновременно. В таком случае наша формула для расчета напряжения, сопротивления или силы тока не меняется.
Если же цепь содержит реактивное сопротивление, фазы тока и напряжения сдвигаются друг от друга на ¼ периода. Это означает, что, когда сила тока достигнет максимального значения, напряжение будет равняться нулю и наоборот. Когда применяется индуктивное сопротивление, фаза напряжения «обгоняет» фазу тока. Когда применяется емкостное сопротивление, фаза тока «обгоняет» фазу напряжения.
Формула для расчета падения напряжения на индуктивном сопротивлении:
U = I ⋅ ωL
Где L – индуктивность реактивного сопротивления, а ω – угловая частота (производная по времени от фазы колебания).
Формула для расчета падения напряжения на емкостном сопротивлении:
U = I / ω ⋅ С
С – емкость реактивного сопротивления.
Эти две формулы – частные случаи закона Ома для переменных цепей.
Полный же будет выглядеть следующем образом:
I = U / Z
Здесь Z – полное сопротивление переменной цепи известное как импеданс.
Сфера применения
Закон Ома не является базовым законом в физике, это лишь удобная зависимость одних значений от других, которая подходит почти в любых ситуациях на практике. Поэтому проще будет перечислить ситуации, когда закон может не срабатывать:
- Если есть инерция носителей заряда, например, в некоторых высокочастотных электрических полях;
- В сверхпроводниках;
- Если провод нагревается до такой степени, что вольтамперная характеристика перестает быть линейной. Например, в лампах накаливания;
- В вакуумных и газовых радиолампах;
- В диодах и транзисторах.
