Закон Ома представляет собой зависимость между напряжением и током. В нем говорится, что количество электрического заряда, проходящего через электрическую цепь в любой момент времени, прямо пропорционально разности потенциалов между двумя точками цепи.

Это можно описать так: если удвоить напряжение на резисторе, то ток удвоится. Если уменьшить вдвое напряжение на резисторе, то ток уменьшится вдвое. Это означает, что если вы хотите увеличить или уменьшить поток электронов через цепь, вам нужно изменить либо напряжение, либо сопротивление.

Это означает, что пока сопротивление остается постоянным, удвоение или уменьшение вдвое напряжения всегда приводит к удвоению или уменьшению вдвое тока.

Причина, по которой нас волнует закон Ома, заключается в том, что он рассказывает нам кое-что интересное о том, как электроны движутся в электрической цепи.

Когда мы говорим о силе тока, протекающего по проводу, на самом деле мы имеем в виду количество электронов, протекающих в секунду. Мы называем эту величину текущей.

Пример закона Ома

Но что произойдет, если мы соединим наши провода вместе? Что произойдет, если к одному концу провода подсоединить батарею, а другой конец — к лампочке?

Первое, что происходит, это падение напряжения от положительной клеммы аккумулятора до отрицательной клеммы.

Это означает, что напряжение на отрицательной клемме аккумулятора ниже, чем напряжение на положительной клемме.

Если бы мы нарисовали схему ситуации, то увидели бы, что линия, соединяющая положительные и отрицательные клеммы, была разделена на две части. Одна часть идет к положительной стороне батареи, а другая часть идет к отрицательной стороне батареи.

Но что значит, если по проводу течет больший или меньший ток? Ну, это означает, что больше или меньше электронов движется из одной точки в другую в любой конкретный момент. Другими словами, количество электронов, протекающих через провод, меняется со временем.

И когда мы говорим, что количество протекающих электронов меняется со временем, мы говорим, что количество электронов в какой-то точке пространства меняется со временем.

Мы называем это изменением электронной плотности. Итак, когда мы говорим, что ток меняется, мы на самом деле говорим, что меняется плотность электронов.

Теперь здесь вступает в действие закон Ома. Когда мы говорим, что количество или плотность электронов меняется, мы говорим, что существует разница в напряжении между двумя точками в пространстве.

Итак, если представить схему с батареей на одном конце и лампочкой на другом конце, мы увидим, что по длине провода существует градиент напряжения.

Теперь давайте подумаем, что произойдет, если последовательно с проводом подключить резистор. Напряжение на резисторе падает пропорционально, а ток не меняется.

Почему бы и нет? Потому что падение напряжения на резисторе точно равно падению напряжения на проводе.

Итак, падение напряжения на всей цепи такое же, как падение напряжения на всем проводе.

Что произойдет, если мы подключим нагрузку параллельно проводу? То есть, если мы вместо батарейки прикрепим к проводу лампочку, то получим другое падение напряжения.

Поскольку электрическое сопротивление лампочки очень велико по сравнению с проводом, большая часть падения напряжения приходится на лампочку.

Итак, теперь падение напряжения как на резисторе, так и на проводе уменьшается на величину, на которую увеличивается падение напряжения на лампочке.

Другими словами, общее падение напряжения в цепи такое же, как и раньше, но падение напряжения на резисторах меньше, а падение напряжения на проводах больше.

Итак, ток в цепи не изменился.

Основная идея закона Ома заключается в том, что сопротивление проводника зависит от силы тока, протекающего по нему.

Итак, если вы знаете ток, протекающий по проводу, вы можете вычислить его сопротивление. А зная сопротивление провода, можно вычислить, какой ток будет течь по нему.

Вот почему так важен закон Ома. Это позволяет нам измерять такие вещи, как рассеивание мощности в цепях.

Для чего можно использовать закон Ома?

Ответ на этот вопрос прост: его можно использовать для расчета сопротивления неизвестной цепи. Закон Ома гласит, что V IR, где R — сопротивление, а I — ток через резистор. Напряжение на любом компоненте всегда будет равно сумме всех токов, втекающих или вытекающих из компонента. Если вы знаете значение тока, вы можете использовать закон Ома, чтобы найти сопротивление компонента. Однако на практике расчет обычно выполняется с помощью мультиметра, а не вручную.

Например, если вы измеряете напряжение на двух резисторах, соединенных последовательно друг с другом, вы можете использовать закон Ома для определения сопротивления обеих частей цепи. Вы делаете это, измеряя разность потенциалов между ними и разделив результат на общий ток, проходящий через цепь.

Что еще?

Итак, что еще нам нужно знать о законе Ома? Ну, нам также нужно знать, что падение напряжения на резисторе пропорционально току, протекающему через него.

Но что это значит? Ну, это просто означает, что зависимость между напряжением и током линейна.

Он линейный, потому что выглядит как прямая линия на графике. Но на самом деле он изогнут.

Он изогнут, потому что зависимость между напряжением и зарядом нелинейна. На самом деле, чем ближе вы смотрите на это, тем сложнее оно становится.

Например, если электрическое поле направлено на заряженную частицу, сила, действующая на частицу, прямо пропорциональна напряженности поля.

Итак, чем сильнее поле, тем больше сила. Но чем слабее поле, тем меньше сила.

Если вы хотите найти потенциальную энергию, связанную с заряженной частицей, вы умножаете силу на расстояние от источника поля.

Но если вы хотите найти кинетическую энергию, связанную с заряженным объектом, вы должны сложить все силы, действующие на объект.

То есть вы должны суммировать силы электрического поля, магнитного поля и любых гравитационных полей.

Суммарная результирующая сила, действующая на объект, всегда равна нулю.

И если результирующая сила равна нулю, скорость объекта постоянна.

Итак, если у меня есть батарея, подключенная к резистору, напряжение на резисторе непостоянно.

Вместо этого она изменяется в зависимости от скорости прохождения зарядов через резистор.

Если резистор велик по сравнению с размером батареи, то изменение напряжения на резисторе мало.

С другой стороны, если резистор мал по сравнению с размером батареи, то разница велика.

Итак, зависимость между напряжением и электрическим зарядом нелинейна, а зависимость между напряжением и электричеством линейна.

Вот почему мы можем использовать, чтобы найти соотношение между напряжением и током.

Закон Ома гласит, что полное падение напряжения в цепи равно произведению тока в цепи на сопротивление цепи.

Когда закон Ома не работает?

Во многих случаях закон Ома неприменим.

Например, самый очевидный случай, когда цепь состоит только из одного провода.

Тогда ток бесконечен, поэтому падение напряжения в цепи тоже бесконечно.

Другая ситуация возникает, когда сопротивление цепи очень велико по сравнению с сопротивлением проводов внутри цепи.