Закон Ома для полной цепи

Закон Ома для полной цепи
Классическая электродинамика
Магнитное поле соленоида
Электричество · Магнетизм

Зако́н Ома — это физический закон, определяющий связь между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника в электрической цепи. Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома. Суть закона проста: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению между концами проводника, если при прохождении тока свойства проводника не изменяются. Следует также иметь в виду, что закон Ома является фундаментальным и может быть применён к любой физической системе, в которой действуют потоки частиц или полей, преодолевающие сопротивление. Его можно применять для расчёта гидравлических, пневматических, магнитных, электрических, световых, тепловых потоков и т. д., также, как и Правила Кирхгофа, однако, такое приложение этого закона используется крайне редко в рамках узко специализированных расчётов.

Закон Ома формулируется так: Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку, и обратно пропорциональна характеристике участка, которую называют электрическим сопротивлением этого участка.

Ток, А Напряжение, В Сопротивление, Ом Мощность, Вт
I U R P

Содержание

История закона Ома

Георг Ом, проводя эксперименты с проводником, установил, что сила тока I в проводнике пропорциональна напряжению U, приложенному к его концам:

 I \sim U ,

или

 I = G \ U .

Коэффициент пропорциональности  G \ назвали электропроводностью, а величину  R = 1 / G\ принято именовать электрическим сопротивлением проводника.

Закон Ома был открыт в 1827 году.

Закон Ома в интегральной форме

Схема, иллюстрирующая три составляющие закона Ома
Диаграмма, помогающая запомнить закон Ома. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для ее вычисления

Закон Ома для участка электрической цепи имеет вид:

U = RI

где:

  • U — напряжение или разность потенциалов,
  • I — сила тока,
  • R — сопротивление.

Закон Ома также применяется ко всей цепи, но в несколько изменённой форме:

I = {\varepsilon \over {R+r}},

где:

Закон Ома в дифференциальной форме

Сопротивление R зависит как от материала, по которому течёт ток, так и от геометрических размеров проводника. Полезно переписать закон Ома в так называемой дифференциальной форме, в которой зависимость от геометрических размеров исчезает, и тогда закон Ома описывает исключительно электропроводящие свойства материала. Для изотропных материалов имеем:

\mathbf{j} = \sigma \mathbf{E}

где:

Все величины, входящие в это уравнение, являются функциями координат и, в общем случае, времени. Если материал анизотропен, то направления векторов плотности тока и напряжённости могут не совпадать. В этом случае удельная проводимость является тензором ранга (1, 1).

Раздел физики, изучающий течение электрического тока в различных средах, называется электродинамикой сплошных сред.

Закон Ома для переменного тока

Если цепь содержит не только активные, но и реактивные компоненты (ёмкости, индуктивности), а ток является синусоидальным с циклической частотой ω, то закон Ома обобщается; величины, входящие в него, становятся комплексными:

\mathbb{U} = \mathbb{I} \cdot Z,

где:

  • U = U0eiωt — напряжение или разность потенциалов,
  • I — сила тока,
  • Z = Reiδ — комплексное сопротивление (импеданс),
  • R = (Ra2+Rr2)1/2 — полное сопротивление,
  • Rr = ωL — 1/ωC — реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),
  • Rа — активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,
  • δ = —arctg Rr/Ra — сдвиг фаз между напряжением и силой тока.

При этом переход от комплексных переменных в значениях тока и напряжения к действительным (измеряемым) значениям может быть произведен взятием действительной или мнимой части (но во всех элементах цепи одной и той же!) комплексных значений этих величин. Соответственно, обратный переход строится для, к примеру, U = U0sin(ωt + φ) подбором такой \mathbb{U}=U_0e^{i(\omega t + \phi)}, что \operatorname{Im} \mathbb{U} = U . Тогда все значения токов и напряжений в схеме надо считать как F=\operatorname{Im} \mathbb{F}

Если ток изменяется во времени, но не является синусоидальным (и даже периодическим), то его можно представить как сумму синусоидальных Фурье-компонент. Для линейных цепей можно считать компоненты фурье-разложения тока действующими независимо.

Также необходимо отметить, что закон Ома является лишь простейшим приближением для описания зависимости тока от разности потенциалов и для некоторых структур справедлив лишь в узком диапазоне значений. Для описания более сложных (нелинейных) систем, когда зависимостью сопротивления от силы тока нельзя пренебречь, принято обсуждать вольт-амперную характеристику. Отклонения от закона Ома наблюдаются также в случаях, когда скорость изменения электрического поля настолько велика, что нельзя пренебрегать инерционностью носителей заряда.

Объяснение закона Ома

Закон Ома можно просто объяснить при помощи теории Друде

\vec j=\frac{n \cdot e_0^{2}\cdot\tau}{m} \cdot\vec E=\sigma\cdot\vec E

См. также


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Закон Ома для полной цепи" в других словарях:

  • Закон Ома —     Классическая электродинамика …   Википедия

  • Ома закон — для участка электрической цепи (проводника), не содержащего источников эдс, устанавливает связь между силой тока в проводнике и разностью потенциалов (напряжением) на его концах: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно… …   Энциклопедический словарь

  • ОМА ЗАКОН — устанавливает зависимость между силой тока I в проводнике и разностью потенциалов (напряжением) U между двумя фиксиров. точками (сечениями) этого проводника: U=rI. (1) Коэфф. пропорциональности r, зависящий от геом. и электрич. св в проводника и… …   Физическая энциклопедия

  • Ома закон —         устанавливает, что сила постоянного электрического тока I в проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) U между двумя фиксированными точками (сечениями) этого проводника:          RI = U. (1)          Коэффициент… …   Большая советская энциклопедия

  • Электрические токи — Классическая электродинамика Магнитное поле соленоида Электричество · Магнетизм Электростатика Закон Кулона …   Википедия

  • Электромагнит* — Электромагнитом называется всякое железное, стальное или чугунное тело (сердечник Э.), могущее быть временно намагниченным посредством пропускания электрического тока по проводнику (обмотка Э.), окружающему это тело. Вокруг всякого проводника, по …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • Электромагнит — Электромагнитом называется всякое железное, стальное или чугунное тело (сердечник Э.), могущее быть временно намагниченным посредством пропускания электрического тока по проводнику (обмотка Э.), окружающему это тело. Вокруг всякого проводника, по …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • Ом Георг Симон — (Ohm) (1787 1854), немецкий физик. Установил основной закон электрической цепи (закон Ома). Труды по акустике (акустический закон Ома), кристаллооптике. * * * ОМ Георг Симон ОМ (Ohm) Георг Симон (1787 1854), немецкий физик. Установил основной… …   Энциклопедический словарь

  • Электрическая мощность — Электрическая мощность  физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Содержание 1 Мгновенная электрическая мощность …   Википедия

  • Гальванопроводность — термин малоупотребительный, имеющий то же значение, как и электропроводность. [Электропроводность как способность проводить электричество различна вследствие различного сопротивления, как бы оказываемого различными телами движению электричества.… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Книги

Другие книги по запросу «Закон Ома для полной цепи» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»