Історія закону Ома

Наше опитування

Закон Ома- це фізичний закон, що визначає зв'язок між напругою, силою струму і опором провідника в електричному ланцюзі. Названо на честь його першовідкривача Георга Ома. Суть закону проста: сила струму у провіднику прямо пропорційна напрузі між кінцями провідника, якщо при проходженні струму властивості провідника не змінюються. Слід також на увазі, що закон Ома є фундаментальним і може бути застосований до будь-якої фізичної системи, в якій діють потоки частинок або полів, що долають опір. Його можна застосовувати для розрахунку гідравлічних, пневматичних, магнітних, електричних, світлових, теплових потоків і т. д., так само, як і Правила Кірхгофа, однак такий додаток цього закону використовується вкрай рідко в рамках вузько спеціалізованих розрахунків.

Струм, А Напруга, В Опір, Ом Потужність, Вт

Історія закону Ома

Георг Ом, проводячи експерименти з провідником, встановив, що сила струмуIу провіднику пропорційна напрузіU, прикладеному до його кінців:

Коефіцієнт пропорційності назвали електропровідністю, а величину прийнято називати електричним опором провідника.

Закон Ома було відкрито 1827 року.

Закон Ома в інтегральній формі

Схема, що ілюструє три складові закону Ома

Закон Ома для ділянки електричного ланцюга має вигляд:

U— напруга або різниця потенціалів,
I- сила струму,
R- Опір.

Закон Ома також застосовується до всього ланцюга, але вдещо зміненій формі:

- ЕРС ланцюга,
I- сила струму в ланцюзі,
R- опір всіх елементів ланцюга,
r- внутрішній опір джерела живлення.

Закон Ома у диференційній формі

ОпірRзалежить як від матеріалу, яким тече струм, і від геометричних розмірів провідника. Корисно переписати закон Ома у так званій диференціальній формі, в якій залежність від геометричних розмірів зникає, і тоді закон Ома описує виключно електропровідні властивості матеріалу. Для ізотропних матеріалів маємо:

- Вектор щільності струму,
σ - питома провідність,
- Вектор напруженості електричного поля.

Усі величини, що входять до цього рівняння, є функціями координат і, у випадку, часу. Якщо матеріал анізотропен, то напрямки векторів щільності струму та напруженості можуть не збігатися. І тут питома провідність є тензором рангу (1, 1).

Розділ фізики, що вивчає перебіг електричного струму в різних середовищах, називається електродинамікою суцільних середовищ.

Закон Ома для змінного струму

Якщо ланцюг містить як активні, а й реактивні компоненти (ємності, індуктивності), а струм є синусоїдальним з циклічною частотою ω , то закон Ома узагальнюється; величини, що входять до нього, стають комплексними:

U = U0eiωt- напруга або різниця потенціалів,
I- сила струму,
Z = Re-iδ - комплексний опір (імпеданс),
R= (Ra2 +Rr2 ) 1/2 - повний опір,
Rr= ωL-1/ωC- реактивний опір (різниця індуктивного та ємнісного),
Rа- активний (омічний) опір, що не залежить від частоти,
δ = -arctgRr/Ra- зсув фаз між напругою і силою струму.

При цьому перехід від комплексних змінних у значеннях струму і напруги до дійсних (вимірюваних) значень може бути здійснений взяттям дійсної або уявної частини (але у всіх елементах ланцюга однієї і тієї ж!) Комплексних значень цих величин. Відповідно, зворотний перехід будується для, наприклад,U=U0sin(ωt+ φ) підбором такий, що . Тоді всі значення струмів та напруг у схемі треба вважати як

Якщо струм змінюється в часі, але не є синусоїдальним (і навіть періодичним), то його можна уявити як суму синусоїдальних Фур'є-компонент. Для лінійних ланцюгів вважатимуться компоненти фурье-разложения струму діючими незалежно.

Також необхідно зазначити, що закон Ома є лише найпростішим наближенням для опису залежності струму від різниці потенціалів та для деяких структур справедливий лише у вузькому діапазоні значень. Для опису складніших (нелінійних) систем, коли залежність опору від сили струму не можна знехтувати, прийнято обговорювати вольт-амперну характеристику. Відхилення від закону Ома спостерігаються також у випадках, коли швидкість зміни електричного поля настільки велика, що не можна нехтувати інерційністю носіїв заряду.

Пояснення закону Ома

Закон Ома можна просто пояснити за допомогою теорії Друде