Что такое сопротивление ом

Основные сведения о законе Ома для участка цепи

Закон Ома — это физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника (или напряжения) с силой тока, протекающего в проводнике, и сопротивлением проводника. Установлен физиком Георгом Омом.

1. Для полной цепи: сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника.
2. Для участка цепи.

Разберем подробно закон Ома для участка цепи.

Под участком цепи подразумевается однородный участок цепи без источника тока с ЭДС.

Формулировка: сила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

Закон записывается в виде выражения:

Сила тока — это физическая величина, которая показывает, какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за 1с. Обозначение: I, Единица измерения — ампер (А).

Определение 3

Напряжение — это физическая величина, которая характеризует действие электрического поля на заряженные частицы. Обозначение: U, Единица измерения — вольт (В).

Определение 4

Сопротивление — это свойство проводника оказывать сопротивление электрическому току, проходящему через него. Обозначение: R, Единица измерения — Ом.

Выразим напряжение и сопротивление в виде формул:

Схема участка цепи:

Объяснение закона Ома

Закон Ома для участка цепи связывает величину тока через сопротивление с приложенным к нему напряжением.

Исходя из уравнения закона, можно сделать вывод:

1. Чем больше напряжение и меньше сопротивление, тем больше сила тока.
2. Чем больше сила тока и сопротивление, тем больше напряжение.
3. Чем больше напряжение и меньше сила тока, тем больше сопротивление.

Кроме математической записи и словесного утверждения, закон Ома можно представить в виде графика:

График зависимости силы тока от напряжения называется вольт—амперной характеристикой.

Примеры решения задач с применением закона Ома

Решим несколько простых задач.

Найти силу тока в лампочке накаливания, если напряжение в сети равно 220 В, а сопротивление нити накаливания равно 880 Ом.

По закону Ома для участка цепи: I=U/R=220/880=0,25 А.

Входящая сила тока в спирали электрической лампы равна 0,6 А. Сопротивление лампы — 310 Ом. Определить напряжение, под которым находится лампа.

По закону Ома: U=IR=0,6*310=186 В.

Какое сопротивление имеет тело человека от ладони одной руки до ладони другой руки, если по нему течет ток силой 2 А при напряжении 200 В.

По закону Ома: R=U/I=200/2=100 Ом.

Закон Ома для «чайников»: понятие, формула, объяснение

Говорят: «не знаешь закон Ома – сиди дома». Так давайте же узнаем (вспомним), что это за закон, и смело пойдем гулять.

Основные понятия закона Ома

Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в его определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.

Сила тока I

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10 -19 Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.

Отношение заряда к времени и называется силой тока. Чем больший заряд проходит через проводник за определенное время, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в Амперах.

Напряжение U, или разность потенциалов

Это как раз та штука, которая заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал характеризует способность поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает работу по переносу заряда.

Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля при переносе электрического заряда, и называется напряжением. Измеряется в Вольтах. Один Вольт – это напряжение, которое при перемещении заряда в 1 Кл совершает работу, равную 1 Джоуль.

Сопротивление R

Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах.

Формулировка и объяснение закона Ома

Закон немецкого учителя Георга Ома очень прост. Он гласит:

Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Георг Ом вывел этот закон экспериментально (эмпирически) в 1826 году. Естественно, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Соответственно, чем больше напряжение, тем и ток будет больше.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Данная формулировка закона Ома – самая простая и подходит для участка цепи. Говоря «участок цепи» мы подразумеваем, что это однородный участок, на котором нет источников тока с ЭДС. Говоря проще, этот участок содержит какое-то сопротивление, но на нем нет батарейки, обеспечивающей сам ток.

Если рассматривать закон Ома для полной цепи, формулировка его будет немного иной.

Пусть у нас есть цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление.

Закон запишется в следующем виде:

Объяснение закона Ома для полой цепи принципиально не отличается от объяснения для участка цепи. Как видим, сопротивление складывается из собственно сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника.

Кстати, о том, что такое что такое ЭДС, читайте в нашей отдельной статье.

Как понять закон Ома?

Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.

Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.

Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)

Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.

Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.

В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.

В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.

Если у Вас возникнет такая необходимость, Вам с удовольствием помогут сотрудники нашего студенческого сервиса. А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!

Мы поможем сдать на отлично и без пересдач

• Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
• Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
• Курсовая работа от 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
• Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Закон Ома и его применение

Несмотря на свою простоту, закон Ома является фундаментальным. Он позволяет рассчитывать параметры электрической цепи, обеспечивающих её работоспособность. Хотя этот закон и был выведен в начале 19 века, он активно применяется и сейчас. При его использовании важно понимать, какие физические процессы он отражает, как правильно их применять.

Первоначальная и современная формулировка

Этот, на первый взгляд, простой закон был сформулирован немецким физиком Георгом Омом в 1826 году. Соответствующую научную статью он опубликовал в следующем году.

Интересно отметить, что появление этой работы не вызвало ажиотажа. Научная общественность оценила открытие Ома лишь после публикации работ физика Пулье аналогичного содержания в 1830 году. В 1833 Ом получил степень доктора в Нюрнбергском университете. В 1872 году единица измерения сопротивления стала называться Омом. В самой простой форме закон для участка цепи звучит так:

Закон носит эмпирический характер, так как он выражает обобщенный анализ большого количества опытных данных.

Сейчас формула закона Ома для полной электрической цепи имеет следующий вид:

• ℰ — ЭДС источника напряжения, В;
• I — сила тока в цепи, А.
• R — общее сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
• r — внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.

Закон Ома для полной цепи учитывает полное сопротивление, которое представляет собой сумму сопротивления цепи R и внутреннего сопротивления источника тока r.

Георг Ом первоначально сформулировал его по-другому. Закон Ома для замкнутой цепи выглядел так:

X = a / ( b + l ), где

• a — величина, характеризующая источник тока. Сейчас говорят, что это электродвижущая сила источника тока;
• b представляет собой свойство электрической установки, которое теперь рассматривается в качестве внутреннего сопротивления источника тока;
• l — величина, зависящая от длины используемых проводов (в современных терминах она соответствует сопротивлению электрической цепи).

Как видно, закон Ома, применяемый для полной электрической цепи, в обоих вариантах имеет одинаковую формулировку.

Также применяется закон Ома в дифференциальной форме. В данном случае рассматриваются очень малые величины. Но это позволяет применять интегральное и дифференциальное исчисление для сложных случаев.

Практическое применение

В большинстве случаев внутреннее сопротивление источника тока считают относительно малым по сравнению с тем, которое есть в электрической цепи. В этом случае применяется закон Ома для замкнутой цепи в сокращенной формулировке: I = U / R.

Чтобы лучше понять, какие физические процессы происходят в электрической цепи, нужно учитывать следующее:

• В источнике тока наблюдаются процессы, которые приводят к тому, что на клеммах образуется разность потенциалов. При подключении к ним электрической цепи по ней идёт ток. Принято считать, что он проходит от положительного потенциала к отрицательному.
• Ток представляет собой упорядоченное движение электронов. В веществе находится огромное количество этих частиц, которые перемещаются с большой скоростью от отрицательного потенциала к положительному.
• Скорость движения электронов зависит от материала проводника, через который они проходят, от его сечения и длины. Если последняя в 2 раза будет увеличена, то это удвоит сопротивление.

В электрической цепи используются резисторы в тех случаях, когда для работы прибора требуется строго определённое сопротивление. Если клеммы источника тока, говоря простыми словами, соединить напрямую, то сопротивление будет малым, а ток относительно большим. С одной стороны, большой ток в некоторых случаях способен расплавить провод, с другой он приводит к ускоренной разрядке батареи.

В веществе движение электронов не является свободным. Перемещаясь, частицы должны преодолевать сопротивление, расходуя на это свою энергию. Величина сопротивления зависит от конкретного материала. В проводниках электроны двигаются относительно легко. Через изоляторы ток пройти не может, за исключением тех случаев, когда подаётся настолько высокое напряжение, что такая ситуация создает пробой.

В полупроводниках происходят более сложные процессы, поскольку они отличаются жесткой кристаллической структурой. При наличии примесей определённого типа может возникать электронная или дырочная проводимость. Ток может представлять собой движение, как электронов, так и дырок.

Более точную характеристику сопротивления можно получить из следующей формулы:

С помощью удельного сопротивления можно охарактеризовать электрические свойства определённого вещества. Эта величина представляет собой сопротивление, которое имеет отрезок провода из данного материала длиной 1 м и площадью сечения 1 кв. мм.

Сопротивление источника тока

Закон Ома для полной электрической цепи и формулы для расчета ее параметров характеризируют не только ток, проходящий через цепь, но и тот, который существует внутри источника тока. Закон Ома для участка цепи не учитывает наличие этой величины.

Батарея аккумулятора обеспечивает перемещение электронов от положительной клеммы к отрицательной. Через электрическую цепь они постоянно движутся в противоположном направлении. Уменьшение их количества на отрицательной клемме и избыток на положительной постоянно компенсируются процессами, происходящими внутри устройства.

Такое движение электронов также является электрическим током. При этом частицам приходится преодолевать внутреннее сопротивление источника тока. При увеличении температуры сопротивление может меняться, характер изменения зависит от конкретного материала.

Эмпирический характер закона Ома

При изучении природы электричества путем научных исследований происходит формулировка тех или иных законов. Они отличаются межу собой не только своим содержанием, но и тем, как были выведены. Некоторые законы представляют собой следствие из более общих утверждений, другие являются удачной попыткой объяснить многократно наблюдаемые факты.

Закон Ома для однородного участка фактически является попыткой создать правило, которое соответствует большому количеству наблюдений и экспериментов. Его формулировка на протяжении веков подтверждалась на практике, приобретая силу фундаментального закона физики. Закон Ома, представленный в интегральной форме, даёт возможность производить расчёты для различных электрических цепей.

Использование для переменного тока

Как известно, в цепи переменного тока действует как активное, так и реактивное сопротивление. Первое из них совпадает с тем, как понимали эту величину во времена Георга Ома. Однако индуктивное и емкостное сопротивления также тормозят движение электронов. В этом случае применяется закон Ома для переменного тока.

Чтобы использовать данный закон в таких цепях, вместо омического сопротивления следует рассматривать полное, которое учитывает суммарное воздействие активной и реактивной составляющих сопротивления.

В представленной схеме полное сопротивление обозначается как Z. Омическое, индуктивное и емкостное — соответственно R, XL и XC. Закон Ома для цепи переменного тока учитывает все эти разновидности. Формула расчёта подразумевает, что сложение сопротивлений происходит по правилу векторов.

Для определения всех сопротивлений используют прямоугольный треугольник, один катет которого выражает активное сопротивление, а второй – реактивное. Последнее равно разнице индуктивного и емкостного сопротивлений. Определение полного осуществляется по теореме Пифагора, согласно которой длина гипотенузы равна корню квадратному от суммы квадратов катетов.

Применение на практике

Когда нужно работать с электрической цепью, важно знать напряжение, силу тока, сопротивление во всей цепи или на отдельных участках. Если известны две из этих величин, то с помощью закона Георга Ома можно узнать третью без проведения непосредственных измерений.

Иногда требуется использовать закон Ома для неоднородного участка цепи. В этом случае его разбивают на отдельные зоны и сначала проводят вычисления для них.

Поскольку от электрических параметров зависят тепловые или химические воздействия, применяя закон Ома можно рассчитать возможный эффект. В частности, знание таких особенностей позволяет избежать разрушительного эффекта слишком высокой силы тока.

Закон Ома может быть выражен в интегральной и дифференциальной формах. В первом случае речь идёт о традиционной формулировке, а его выражение в дифференциальной форме учитывает удельную проводимость – величину, обратную удельному сопротивлению.

В заключение следует сказать, что измерение сопротивления осуществляется с помощью специального прибора — омметра. Но в работающей цепи это сделать невозможно. Определить величину сопротивления без отключения цепи можно расчетным путем используя закон Ома и предварительно измерив напряжение и силу тока на нужном участке цепи.

Всё что нужно знать о сопротивлении

Электрический ток — это однонаправленное перемещение заряженных частиц в электрическом поле. Способность проводника ограничивать величину электротока характеризуется физической величиной, именуемой электрическим сопротивлением. Расчёт конкретного сопротивления выполняется либо по формуле закона Ома, либо используются зависимости, в которых в качестве исходных данных выступают физические параметры проводника (геометрические размеры, удельное сопротивление или проводимость).

Электрический ток в разных веществах

На рисунке ниже схематично представлена модель возникновения электрического тока в двух разных случаях:

• Ток вызван перемещением отрицательных зарядов («минусов») в электрическом поле Е.
• Ток образован движением положительных зарядов («плюсов») в электрическом поле Е.

При этом направлением электротока считается в обоих случаях направление, в котором двигаются положительные заряды.

В зависимости от количества (концентрации) заряженных частиц и преимущественного типа проводимости (плюс или минус) вещества и среды делятся на:

• Проводники (металлы, электролиты).
• Диэлектрики.
• Полупроводники.
• Газы, плазму.
• Вакуум.

Далее речь будет идти о том, что такое сопротивление, и как найти его величину на примере металлических проводников.

Почему «сопротивляется» проводник

Структура металлов представляет собой жесткую кристаллическую решётку, в узлах которой расположены массивные, положительно заряженные ионы. В межузловом пространстве имеется большое количество свободных электронов, оторвавшихся с крайних, валентных орбит. В отсутствии электрического поля этот «электронный газ» пребывает в хаотическом движении. Как только к проводнику прикладывается напряжение (разность потенциалов) в металле возникает электрополе, которое создаёт однонаправленный поток электронов.

Электроны, набрав некоторую скорость в электрическом поле, начинают двигаться в одном направлении, но при этом они сталкиваются на своём пути с крупными препятствиями — заряженными и нейтральными атомами, хаотично колеблющимися в узлах решётки. После столкновений электроны теряют часть кинетической энергии, то есть «тормозятся». Такова физика электрического сопротивления проводника, величина которого зависит от массы атомов конкретного вещества, структуры решётки, температуры.

Закон Ома

Выдающийся европейский учёный Георг Ом исследовал на разных металлах зависимость величины электротока от электронапряжения. В 1827 г. он сделал открытие, названное в его честь законом Ома, которое выражается формулой:

Из данной формулы можно вычислить омическое сопротивление:

Единица измерения сопротивления (Ом) была названа также в честь первооткрывателя закона.

Вторая формула

Чтобы воспользоваться формулой, необходимо изначально провести измерения электронапряжения и электротока с помощью небольшой экспериментальной установки, показанной на рисунке.

В ХIХ веке многочисленные измерения исследователей разных стран, пытавшихся понять от чего зависит сопротивление проводника, нашли следующие закономерности:

• R увеличивается, когда возрастает длина экспериментального образца, т. е. R∼ L (прямо пропорционально).
• Сопротивление проводников уменьшается при увеличении поперечной площади S металлического образца, т. е. R∼1/S обратно пропорционально).
• Поскольку сопротивления идентичных по размерам образцов разных металлов существенно отличались друг от друга, учёные ввели дополнительную физическую величину, которая обозначается буквой ρ и называется удельным электрическим сопротивлением.

Полученные в ходе экспериментов данные корректно описывала итоговая формула для вычисления сопротивления:

Ниже приведена таблица удельных сопротивлений широко используемых металлов.

В чем измеряется

Общепринятая в системе СИ единица сопротивления — Ом. Он является производной от единиц напряжения (вольт, В) и тока (ампер, А). Определение единицы измерения электрического сопротивления следующее: сопротивлением 1 Ом обладает проводник, через который протекает ток величиной 1 А, а напряжение при этом равно 1 В:

В электро- и радиотехнике чаще используются кратные единицы омического сопротивления.

При решении научных задач более удобной бывает величина обратная электрическому сопротивлению 1/R, названная электропроводностью. Размерности этой единицы присвоено наименование «сименс» (См): [1 См] = [1 Ом -1 ].

Из второй формулы электрического сопротивления можно найти чему равно ρ:

Проанализировав данное равенство, можно сделать вывод, что единица измерения удельного сопротивления имеет размерность Ом*м, поскольку L и S измеряются в метрах и метрах квадратных соответственно: [ρ] = [Ом * м].

Для практики такая единица, равная сопротивлению провода длиной 1 м и площадью сечения 1 кв. м оказалась не очень востребованной из-за чрезмерно больших значений. Для электротехнических расчётов была введена внесистемная единица Ом*мм 2 /м, для которой S выражена в квадратных миллиметрах. Удобство такой единицы легко оценить, если учесть, что типичные сечения кабелей и проводов находятся в диапазоне 1.0-15.0 кв. мм.

Зависимость сопротивления от температуры

Удельное сопротивление металлов увеличивается с ростом температуры прямо пропорционально. Такая зависимость хорошо описывается линейной функцией:

В справочниках значение ТКС обычно указывается для комнатной температуры 20 градусов. Сопротивление с ростом тока меняется в связи с выделением джоулева тепла, приводящего к нагреву проводника.

Примеры сопротивлений

При проектировании и тиражировании электронных и электротехнических устройств в качестве пассивных элементов, способных предсказуемо ограничивать рабочий ток и рассеивать излишки электрической энергии, применяются произведённые заранее виды сопротивлений заданной величины, для которых используется термин «резистор» (от англ. resist — сопротивляться).

В качестве резистивной основы используют не чистые металлы, а сплавы, имеющие низкий ТКС, например, нихром — сплав никеля (Ni) и хрома (Cr). Кроме металлических (проволочных) производятся резисторы на базе других материалов:

• Углеродистые — состоят из смеси порошковой керамики с углеродом.
• Металлоплёночные — тонкая плёнка Ni-Cr размещается на керамике.
• Металлооксидные — на керамику наносится оксид олова (SnO₂) с добавлением примеси оксида сурьмы (Sb₂O₅).
• Композиционные — на базе соединения графита с органическими или неорганическими добавками.
• Интегральные — формируются внутри монокристалла интегральной схемы с помощью слабого легирования.

Тип резистора можно узнать из маркировки, нанесённой на его поверхность.

Средства измерения

Найти неизвестное сопротивление цепи можно без применения математических расчётов гораздо быстрее и точнее, если вооружиться современными приборами, на цифровом или стрелочном табло которых отобразится искомое значение R. Существуют омметры и мультиметры. Первые — узкоспециализированные приборы, ориентированные на измерение сопротивления. Имеются аналоговые и цифровые версии омметров. В зависимости от диапазона предполагаемых измерений различают:

• Микроомметры.
• Миллиомметры.
• Мегаоомметры.
• Гигаомметры.
• Тераомметры.

Мультиметры — комбинированные приборы, способные измерять не только электрическое сопротивление проводника, но и величину электронапряжений и электротоков.

Таким образом, с помощью приборов можно без особого труда найти сопротивление проводника и та формула, для которой требуются данные о геометрических размерах проводника и величине удельного сопротивления не понадобится. Можно также снять вольт-амперную характеристику и воспользоваться законом Ома. С помощью современных электро-измерительных приборов (омметров, мультиметров) достаточно просто определяется сопротивление, если его обозначение отсутствует на резисторах или других радиоэлементах.