Закон
Ома
Закон Ома для
участка цепи: ток в проводнике I равен отношению падения напряжения U на
участке цепи к ее электрическому сопротивлению R:
I=U/R
(1)
Рисунок
1 – Простейшая цепь постоянного тока
Закон
Ома иллюстрируется схемой на рис. 1, из которой видно, что на участке цепи с сопротивлением
R=100 Ом создается падение напряжения U=9,09 В,
измеряемое вольтметром. Согласно (1) ток в цепи 1=9,09/100=90,9 мА, что и
измеряет последовательно включенный в цепь амперметр. Отметим, что в
рассматриваемой схеме внутреннее сопротивление амперметра выбрано равным 10'12
Ом, т.е. очень малым, а входное сопротивление вольтметра — 1012 Ом, т.е. очень
большим, чтобы подключение измерительных приборов к цепи не оказывало
сколько-нибудь заметного влияния на результаты измерений.
Отметим
назначение ключей К и Х на рис. 1, управляемых
нажатием одноименных клавиш клавиатуры. При размыкании ключа Х в схеме
реализуется режим холостого хода, при этом вольтметр U измеряет ЭДС источника Е=10 В, а вольтметр Ui имеет
нулевые показания. При замыкании ключа К в схеме
реализуется режим короткого замыкания и, согласно (1), ток короткого замыкания Io=E/Ri=10/10=l А. При этом
вольтметр Ui измеряет падение напряжения Ui=Io-Ri=10 В.
Закон
Ома для полной цепи: ток в замкнутой электрической цепи равен ЭДС источника Е, деленной на сопротивление всей цепи. Применительно к
цепи на рис. 1 ее полное сопротвление равно Ri + R, и на основании закона Ома получаем I=E/(Ri+R)=90,9 мА, что и измеряет амперметр.
Отметим,
что на дисплее амперметра отображаются только три старшие
разряда измеряемой величины, так что результат измерения округляется.
Обобщенный
закон Ома: ток в замкнутой одноконтурной цепи равен отношению алгебраической
суммы всех ЭДС к арифметической сумме всех сопротивлений. Перед расчетом
выбирают направление обхода контура и считают это направление за положительное
направление тока. При определении алгебраической суммы ЭДС со знаком плюс берут
те ЭДС, направления которых совпадают с выбранным положительным направлением
тока, и со знаком минус — ЭДС с противоположными направлениями.
В качестве примера рассмотрим изображенную на рис. 2
одноконтурную цепь, состоящую из источников напряжения Е1=120
В, Е2=40 В и резисторов с сопротивлениями R1=12 Ом и R2=8 Ом. Определим
напряжение между точками А и В.
Рисунок 2 – Одноконтурная цепь с двумя источниками
напряжения
Выберем
направление обхода контура по часовой стрелке. В таком случае ЭДС Е1 войдет со
знаком "+", поскольку ток от Е1 совпадает с направлением обхода
(положительным направлением тока во внешней цепи считается направление от
положительного к отрицательному зажиму источника). При обходе же ветви с
источником Е2 направление обхода не совпадает с
направлением тока, который создается этим источником. Поэтому для схемы на рис.
5.2 ток в цепи 1=(Е1-E2)/(R1+R2)=80/20=4 А. Так как
величина тока получилась положительной, то, следовательно, направление тока
совпадает с выбранным. Если бы результат получился отрицательным, то это
означает, что действительное направление тока в цепи противоположно выбранному.
Напряжение
и.ь между точками А и В
определяется с помощью закона Ома для участка цепи. Выберем участок А-Е2-В. Для
этого участка закон Ома запишется в следующем виде:
откуда
