Закон Ома. Опір
ЗАКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
Закон Ома для ділянки кола. Опір провідників.
Послідовне та паралельне з'єднання провідників
Німецький фізик Георг Ом 1827 року помітив, що відношення напруги U між кінцями металевого провідника, що є ділянкою електричного кола, до сили струму І в колі - величина постійна:
.
Цю величину R називають електричним опором провідника. У СІ [R] = Ом. Електричний опір 1 Ом має така ділянка кола, на якій напруга дорівнює 1 В, якщо сила струму 1А
.
Опір - це основна електрична характеристика провідника. Він виражає міру протидії речовини провідника напрямленому рухові вільних заряджених частинок у ньому.
Експерименти показали, що електричний опір провідника R прямо пропорційний його довжині l і обернено пропорційний площі поперечного перерізу S:
.
Сталий для речовини параметр r називають питомим опором цієї речовини. Питомий опір залежить від фізичних властивостей речовини, її стану, наявності домішок. Наприклад, у металевих провідниках наявність домішок збільшує питомий опір. Числове значення питомого опору дорівнює опору провідника завдовжки 1 м з площею поперечного перерізу 1 м2. У СІ питомий опір вимірюють в омах на метр: [r] = Ом·м. Значення питомого опору речовини занесено до таблиць
Експериментально встановлену залежність сили струму I від напруги U і електричного опору R частини кола називають законом Ома для ділянки кола: сила струму I прямо пропорційна напрузі U і обернено пропорційна електричному опору R однорідної ділянки кола:
. (4.2.3)
Графічну залежність сили струму від напруги називають вольт-амперною характеристикою. Відповідно до закону Ома для провідника з опором R така залежність прямолінійна. Нахил прямої залежить від опору ділянки кола (рис. 4.2.3).
Із формули (4.2.3) знайдемо, що U = IR. Величину U = IR, яка дорівнює добутку сили струму в провіднику на опір цього провідника, називають спадом напруги на даному провіднику. Спад напруги чисельно дорівнює напрузі тільки в тому разі, коли в провіднику не відбувається ніяких інших перетворень електричної енергії, крім її переходу у внутрішню енергію з виділенням теплоти.
Провідники в електричних колах постійного струму можуть з'єднуватись послідовно і паралельно.
У разі послідовного з'єднання провідників кінець першого провідника з'єднується з початком другого і т.д. (рис. 4.2.4).
При цьому сила струму однакова в усіх провідниках, а напруга на кінцях всього кола дорівнює сумі напруг на кожному з провідників. Загальний опір кола дорівнює сумі опорів його окремих ділянок:
Iзаг. = І1 = І2 = … = Іn,
Uзаг. = U1 + U2 + … + Un,
Rзаг. = R1 + R2 + … + Rn.
У разі паралельного з'єднання початки і кінці провідників мають спільні точки приєднання до джерела струму (рис. 4.2.5).
Властивості цього з'єднання такі:
1) усі опори знаходяться під однаковими напругами Uзаг. = U1 = U2 = … = Un.
2) загальний струм, який подається на вузол, дорівнює сумі струмів, які виходять з нього: Iзаг. = І1 + І2 + … + Іn.
3) величина, що дорівнює оберненому значенню опору, дорівнює сумі величин, обернених опорам розгалужень: .
Паралельне з'єднання провідників широко застосовують для під'єднання ламп електричного освітлення і побутових електроприладів до мережі. Прикладом послідовного з'єднання провідників є з'єднання лампочок ялинкових гірлянд.
