Теория / 1.5. Основные законы, действующие в электрических цепях / 1.5.1. Закон Ома
Для существования тока в проводнике необходимо создать разность потенциалов на его концах.
Разность потенциалов на концах проводника равна
Чем больше разность потенциалов, тем большую скорость направленного движения приобретут частицы, тем больше будет ток. С другой стороны, любой проводник оказывает сопротивление проходящему по нему току, поэтому, чем больше сопротивление, тем меньше сила тока в проводнике.
Закон Ома утверждает: ток на участке электрической цепи, не содержащем источников, прямо пропорционален напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорционален сопротивлению этого участка. В том случае, если участок электрической цепи содержит источники энергии, следует применять обобщенный закон Ома. Выделим в сложной электрической цепи ветвь, содержащую источник ЭДС и сопротивление R (рис. 1.19).
Выберем условно положительное направление тока от точки 1 к точке 2. Выразим потенциал точки 1 через потенциал точки 2:
тогда ток определится выражением
При выражении потенциала φ1 через φ2 мы учли, что при движении вдоль ветви от точки 2 ЭДС направлена навстречу движению, так как в источнике ЭДС заряд переносится от меньшего потенциала к большему, то потенциал понижается. Ток направлен от большего потенциала к меньшему, следовательно, потенциал повышается на величину падения напряжения в сопротивлении R. Таким образом, при составлении уравнений по обобщенному закону Ома следует помнить правила:
1) потенциал точки, от которой течет ток, считается положительным, к которой течет ток, – отрицательным;
2) ЭДС берется со знаком «плюс», если ее действие совпадает с направлением тока, «минус» – если ее действие противоположно току.
Рассмотрим замкнутую цепь, в которой действует источник ЭДС с внутренним сопротивлением r0 (рис. 1.20).
Исходя из закона Ома для участка цепи, напряжение на нагрузке можно записать
С другой стороны U – напряжение на зажимах источника, которое определяется внешней характеристикой
В этом случае будут справедливы соотношения:
отсюда ток, текущий от источника, определится по формуле
Это выражение представляет собой закон Ома для полной цепи: ток в цепи прямо пропорционален ЭДС, действующей в цепи, и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи.