Закон Ома
Основоположний закон електрики, що описує зв’язок між силою струму, напругою та опором — фундамент усієї електротехніки.
1. Вступ
Закон Ома був відкритий німецьким фізиком Георгом Симоном Омом у 1827 році. Він експериментально довів, що між напругою, струмом і опором у провіднику існує чітка залежність. Це відкриття стало фундаментом сучасної електротехніки, визначивши спосіб опису електричних кіл.
2. Теоретичне визначення
Закон Ома формулюється так: сила струму в ділянці кола прямо пропорційна напрузі на цій ділянці та обернено пропорційна її опору. Математично це записується як: I = U / R де I — сила струму (А), U — напруга (В), R — опір (Ω). Це рівняння дозволяє розрахувати будь-яку з трьох величин, якщо відомі дві інші.
3. Фізичний зміст
Напруга — це сила, яка «штовхає» заряди крізь провідник. Опір — перешкода цьому руху. Якщо збільшити напругу, струм зросте; якщо збільшити опір, струм зменшиться. Баланс між цими двома величинами визначає кількість електричного струму в колі.
4. Залежності та графіки
Для звичайних провідників (резисторів) залежність сили струму від напруги є лінійною: графік — пряма лінія, що проходить через початок координат. Це свідчить про постійний опір.
Для нелінійних елементів — напівпровідникових діодів, ламп, транзисторів — графік має вигнуту форму. Це означає, що їхній опір змінюється зі струмом або напругою. Також важливе поняття питомого опору — властивості матеріалу, яка визначає, наскільки він протидіє руху електронів.
5. Практичне застосування
Закон Ома застосовується для розрахунку електричних кіл будь-якої складності. За його допомогою підбирають резистори для обмеження струму, визначають втрати напруги на ділянках кола, а також налаштовують захист систем за допомогою запобіжників та стабілізаторів напруги.
6. Розширені форми закону Ома
Для повного електричного кола, де враховується електрорушійна сила (ЕРС) джерела та його внутрішній опір, закон записується як: I = ε / (R + r) де ε — ЕРС джерела, R — зовнішній опір кола, r — внутрішній опір джерела. Як наслідок цього закону, виникає закон Джоуля–Ленца, який описує теплову дію струму: Q = I² × R × t.
7. Підсумок
Закон Ома — один із найважливіших законів електрофізики. Він пояснює більшість електричних явищ і є основою для розрахунку схем, пристроїв і електричних мереж. Розуміння цього закону дає змогу інженерам і науковцям точно керувати електричними процесами у всіх сферах техніки.