Взаємозв'язок між силою струму на ділянці ланцюга та напругою на кінцях цієї ділянки також встановлений Г. Омом і називається Законом Ома для ділянки ланцюга. Сила струму на ділянці ланцюгапропорційна напрузі на кінцях ділянки:
I= s U.
Фізична величина, обернена s,
Показує, наскільки добре ділянка чинить опір перебігу струму, і виявляється рівною Електричний опір ділянки ланцюга, введеному при описі замкнутого ланцюга
Закон Ома найчастіше записується у вигляді
I = U/R.
Одиницею електричного опоруу СІ є ом (Ом).
За напрямок струму в теорії електричних ланцюгівприйнято напрямок руху позитивно заряджених частинок, тому в металевих провідниках напрямок струму протилежне руху електронів провідності, що реально переміщаються по металу.
Послідовне та паралельне з'єднання елементів електричного ланцюга
Електричний струм протікає в реальних системахчерез елементи, з'єднані у різний спосіб.
На малюнку 7 зображено ланцюг, що складається з джерела струму, амперметра А, резистора Rта ключа До, що замикає ланцюг.
Такий спосіб з'єднання елементів електричного кола (вихід попереднього елемента з'єднаний із входом наступного) називається Послідовним. У ньому заряд, який протікає через один елемент ланцюга, також протікає через інший елемент, тому сила струму в кожному послідовно з'єднаному елементі ланцюга одна і та ж:
I = IR = IK = IA = Iε.
Силу струму вимірюють амперметром, який у ланцюг вмикається завжди послідовно.
Інший спосіб з'єднання елементів електричного ланцюга - паралельний, при якому всі вхідні кінці, або клеми, елементів, з'єднані в точці А, а вихідні – у точці У(Рис. 8).
Підходячи до ділянки ланцюга з такою сполукою елементів, заряди розтікаються з них; значення сили струму до розгалуження дорівнює сумі значень сили струму в елементах:
I = I 1 + I 2 +…+ IN.
Якщо через вольтметр протікає маленький струм, що відгалужується від основного кола внутрішній опір), то вольтметр дуже мало спотворює роботу ланцюга. Показання вольтметра у разі наступні: UV = IV RV.
Ідеальним вольтметром вважається вольтметр з нескінченно великим опором, тоді як ідеальним амперметром – амперметр із нульовим внутрішнім опором.
Особливістю паралельного з'єднання елементів є рівність напруги на них, оскільки для всіх елементів
U= j A– j B.
Якщо ділянка ланцюга містить кілька резисторів, з'єднаних послідовно, то струм через всі резистори однаковий, напруга на кожному з них дорівнює IR 1, IR 2 і т. д., напруга на кінцях ділянки
U = IR 1 + IR 2 + …,
Тому сила струму Iу зовнішній стосовно даної ділянки ланцюга не зміниться, якщо цю ділянку замінити одним резистором
RЗагальн = R 1 + R 2 + … + Rn.
Якщо ділянка ланцюга з напругою Uна кінцях містить кілька резисторів, з'єднаних паралельно, то сила струму в кожному резистори така, що
I 1R 1 = I 2R 2 = … = U,
I = I 1 + I 2 + …
Отже, якщо цю ділянку замінити одним резистором із опором
,
То струм у зовнішній стосовно даної ділянки ланцюга не зміниться.
Розрахунок струмів та напруг на різних ділянкахланцюги
В електричних ланцюгах із довільним з'єднанням елементів (рис. 9) необхідно:
1. Виділити ділянки, у яких елементи з'єднані чи послідовно, чи паралельно.
2. Замінити резистори на цих ділянках одним резистором, загальний опір RЗагальний не змінить силу струму інших ділянках ланцюга.
3. Повторити такі дії ще раз, якщо ланцюг, що знову утворився, матиме ділянки з послідовним або паралельним з'єднаннямелементів. В результаті схема має бути еквівалентною ланцюга з одним резистором, приєднаним до джерела струму.
Якщо ланцюга немає ділянок, з'єднаних явно послідовно чи паралельно, то корисно врахувати такі загальні закономірності:
1. Сума сил струмів, що входять у вузол ланцюга (за різними її гілками), дорівнює сумі сил струмів, що виходять із вузла.
2. Якщо частина елементів утворює замкнутий контур, Що не містить джерел струму, і напрям електричного струму на його ділянках заданий, то при обході контуру сума творів струмів та опорів окремих ділянок (з урахуванням напрямку струму) дорівнює нулю. Наприклад, для ділянки ABCD(рис. 10)
0 = (j A– j B) + (j B– j C) + (j C– j D) + (j D– j A) = I 1R 1 – I 2R 2 + I 3R 3 + I 4R 4.
3. Якщо ділянка ланцюга з відомим напрямом електричного струму Iмістить джерело струму, то цю ділянку краще розбити на дві ділянки: одна має бути з джерелом струму без внутрішнього опору, а інша – з резистором опором R, Що дорівнює внутрішньому опору джерела струму. Тоді різниця потенціалів на першому з них дорівнює за модулем ЕРС Джерела струму, а на другому різниця потенціалів дорівнює Ir(можна застосувати пункт 2). Знак різниці потенціалів вибирається виходячи з того, що потенціал позитивної клеми джерела струму вищий, а потенціал на резистори вище там, звідки тече електричний струм. Наприклад, на ділянці ланцюга у верхній частині малюнка 11
J1 – j3 = (j1 – j2) + (j2 – j3) = Ir – ,
А на ділянці ланцюга у нижній частині малюнка 11
J1 – j3 = (j1 – j2) + (j2 – j3) = – Ir – .
Таким чином, напруга, що вимірюється ідеальним вольтметром на клемах джерела струму, дорівнює U= , якщо внутрішній опір джерела струму дорівнює нулю (рис. 12, A). При звичайному використанні, коли електричний струм тече від клеми (+) до клеми (–) Щодо зовнішнього ланцюга, напруга U = – Ir(рис. 12, Б). Якщо джерело струму є акумулятором, що заряджається від іншого джерела струму (рис. 12, У) так, що електричний струм тече від клеми (+) до клеми (–) Всередині самого джерела струму, то U = + Ir.
Коли напруга на клемах джерела струму підтримується постійним, то джерело струму називають Джерелом напруги.
4. Якщо напрями електричних струмів у ланцюзі невідомі, слід вибрати їх довільно.
Вірне використання властивостей електричних ланцюгів призведе до системи рівнянь, вирішення яких задасть величину та напрямок електричного струму. Якщо сила струму вийшла негативною, отже, на даній ділянці ланцюга електричний струм тече в протилежному напрямку обраному спочатку.
Це обсяг води за якийсь шматочок часу.
Тепер розглянемо такий випадок. Замість вежі у нас буде посудина з водою, в якій пробито три однакові отвори на різній висоті судини. Оскільки посудина у нас наповнена водою, отже, на дні судини тиск буде більшим, ніж на його поверхні. Або за аналогією з електрикою, напруга на дні буде більшою, ніж не її поверхні.
Як ви бачите, нижній струмінь, який знаходиться ближче до дна, стріляє далі, ніж середній струмінь. А середній струмінь стріляє далі, ніж верхній. Зауважте, отвори у нас скрізь однакового діаметра. Тобто можна сказати, що опір кожного отвору воді є однаковим. За однаковий час, об'єм води, що випливає з нижнього отвору набагато більше, ніж об'єм води, що випливає з середнього і верхнього отвору. А що у нас таке об'єм води за якийсь час? Та це ж сила струму!
Отже, яку закономірність ми бачимо тут? Враховуючи, що опір скрізь однаковий, виходить що зі збільшенням напруги збільшується і сила струму!
Думаю, кожен з вас має садова ділянка, де ви вирощуєте картоплю, огірки та помідори. Десь неподалік вас завжди є водонапірна вежа
Навіщо потрібна водонапірна вежа? Ну щоб контролювати рівень витрати води, а також створити тиск у трубах, по яких на вашу садову ділянку приходить вода. Ніколи не помічали, що вежу будують десь на пагорбі? Навіщо це робиться? Щоб створити тиск. Ну припустимо, що ваша садова ділянка знаходиться вище, ніж верхівка водовежі. Та вода просто не дійде до вас! Фізика... закон сполучених судин.
Гаразд, начебто відволіклися.
У всіх на кухні та у ванній є краник, через який біжить вода. Ви вирішили помити руки. Для цього ви на повну котушку включаєте воду, і вона починає текти бурхливим потоком із краніка:
Але вас не влаштовує такий потік води, тому, покрутивши ручку для крана, ви зменшуєте потік:
Що тільки-но зараз сталося?
Змінивши опір потоку за допомогою ручки краніка, ви досягли того, що цей потік води став текти дуже слабо.
Давайте проведемо аналогію цієї ситуації з електричним струмом. Отже, що маємо? Напругу потоку ми не змінювали. Десь там далеко стоїть водовежа і створює тиск у трубах. Адже ми не маємо права чіпати водовежу, а тим більше її зносити). Отже, напруга у нас постійна і не змінюється. Закрутивши назад ручку краніка, ми щойно змінили опір труби, з якої зроблено краник;-). Опір ми збільшили. А що в нас вийшло з потоком води? Вона в нас почала бігти повільніше і її поменшало! Тобто, можна сказати, що кількість молекул води за якийсь час при повністю відкритому та напівзакритому кранику вийшло різне;-). Ну, згадуємо, що таке сила струму ;-) Хто забув, нагадаю - це кількість електронів протікають через поперечний переріз провідника за якийсь проміжок часу. І що в нас стало із цією силою струму? Вона зменшилась!
Робимо висновок:
При збільшенні опору сила струму зменшується.
Отже. Маємо таку схему водобпостачання:
Тепер уявіть, що ви поливаєте город і вам треба наповнити цебро з водою зі шланга за 10 хвилин. Ні секундою раніше і пізніше! У вас на городі потік води біжить приблизно так:
Допустимо, з водовежі у нас йде простий гумовий шланг.Сусід випадково припаркував своє авто прямо на шлангу і трохи придавив його
У вас потік води почав зменшуватися. Іти лаятись із сусідом? Він уже пішов у справах, а цебро за 10 хвилин уже наповнити не встигнете. Потрібно більше часу. Як же бути? А чому б нам не відкрити краник перед водовежею трохи більше? А це хороша ідея! Відкриваємо краник на повну котушку і домагаємося, щоб рівень води в вежі став більшим, ніж був до цього (хоча в вежах стоять захисту від переповнення будь-якого максимального рівня, але, наприклад, пропустимо цей момент).
Але біда не приходить одна. На вежі зламалося реле контролю водонасосу! Насос качає воду і не вимикається! Башта переповнюється і потік води зі шлангу з кожною секундою стає все більше і більше! Що ж робити? Ми ж переповнимо наше відерце за відведений нам час! Спокус. Вихід є! Для цього біжимо і трохи перекриваємо краник, домагаючись, щоб потік води зі шланга тек також, як і раніше;-).
Тепер проведемо аналогію.
Отже, що в нас виходить? Сусід придавив шланг, отже збільшив опір. Тому сила струму в нас поменшала. Щоб відновити силу струму, ми для цього збільшували напругу, тобто рівень води в вежі.
Другий момент:
Рівень води (напруга) на водовежі став збільшуватися через те, що насос не відключався і весь час качав воду. Тому потік води (сила струму) у нас теж почала зростати. Щоб вирівняти силу струму, ми збільшили опіркраніка;-), тим самим привели до норми рівень води у водовежі (напруга).
Як побачили закономірність? А ось німецький фізик Георг Ом зв'язав ці три величини між собою і вийшла до болю проста формула:
де
I- це сила струму, що виражається в Амперах (А)
U- напруга, що виражається у Вольтах (В)
R- Опір, що виражається в Омах (Ом)
Ну просто, як двічі по два, чи не так? Цей закон носить свою назву на честь його відкривача і називається законом Ома. Це найважливіший закон в електроніці, і тому ви зобов'язані його знати.
§ 16. ЗАКОН ОМА
Співвідношення між е. д. с, опором і силою струму в замкнутому ланцюзі виражається законом Ома, який може бути сформульований так: сила струму в замкнутому ланцюгу прямо пропорційна електрорушійній силі і обернено пропорційна опору всього ланцюга.
Струм у ланцюзі протікає під дією е. д. с; що більше е. д. с. джерела енергії, тим більше сила струму в замкнутому ланцюгу. Опір ланцюга перешкоджає проходженню струму, отже, ніж більше опірланцюга, тим менша сила струму.
Закон Ома можна виразити такою формулою:
де r - опір зовнішньої частини ланцюга,
r 0 – опір внутрішньої частини ланцюга.
У цих формулах сила струму виражена в амперах, е. д. с. - У вольтах, опір - в омах.
Для вираження малих струмів замість ампера застосовують одиницю, у тисячу разів меншу ампера, звану міліампером ( ма); 1 а - 1000 ма.
Опір всього ланцюга:
Якщо під впливом е. д. с. в 1 вв замкненому ланцюгу протікає струм величиною 1 а, то опір такого ланцюга дорівнює 1 ом, Т. е. 1 ом =
Закон Ома справедливий не тільки для всього ланцюга, але й для будь-якої його ділянки.
Якщо ділянка ланцюга не містить джерела енергії, то позитивні заряди на цій ділянці переміщуються з точок вищого потенціалу до точок нижчого потенціалу. Джерело енергії витрачає відому енергію, підтримуючи різницю потенціалів між початком та кінцем цієї ділянки. Ця різниця потенціалів називається напругою між початком і кінцем ділянки, що розглядається.
Таким чином, застосовуючи закон Ома для ділянки ланцюга, отримаємо:
Закон Ома можна сформулювати так: сила струму на ділянці електричного ланцюга дорівнює напрузі на затискачах цієї ділянки, поділеному на його опір.
Напруга дільниці ланцюга дорівнює твору сили струму опір цієї ділянки, тобто. U = Ir.
З виразу закону Ома для замкнутого ланцюга отримаємо
де Ir. - падіння напруги у опорі r., тобто у зовнішньому ланцюзі, або, інакше, напруга на затискачах джерела енергії (генератора) U,
Ir 0 - падіння напруги в опорі r 0., тобто всередині джерела енергії (генератора); воно визначає частину е. д. с, яка витрачається на проведення струму через внутрішній опір джерела енергії.
Для вимірювання сили струму в ланцюзі використовується прилад, званий амперметром(Милліамперметром). Напруга, як зазначалося вище, вимірюється вольтметром. Умовне позначення амперметра та вольтметра показано на рис. 15 а. Для включення амперметра ланцюг струму розривається і в місці розриву кінці проводів приєднуються до затискачів амперметра (рис. 15, б). Таким чином, через прилад проходить весь вимірюваний струм; таке включення називається послідовним. Вольтметр підключають до початку і до кінця ділянки ланцюга, таке включення вольтметра називається паралельним. Вольтметр показує падіння напруги на цій ділянці. Якщо вольтметр підключити до початку 
зовнішнього ланцюга - позитивного полюса джерела енергії і до кінця зовнішнього ланцюга-до негативного полюса джерела енергії, то він покаже падіння напруги у всьому зовнішньому ланцюгу, яке буде водночас напругою на затискачах джерела енергії.
Напруга на затискачах джерела енергії (генератора) дорівнює різниці між е.р.с. і падінням напруги на внутрішньому опорі джерела, тобто.
U = E - Ir 0(25)
Якщо зменшувати опір зовнішнього ланцюга r, то опір всього ланцюга r + r 0 також зменшиться, а сила струму в ланцюзі збільшиться. Зі збільшенням сили струму падіння напруги всередині джерела енергії ( Ir 0) зросте, оскільки внутрішній опір r 0 джерела енергії залишається незмінним. Отже, зі зменшенням опору зовнішнього ланцюга напруга на затискачі джерела енергії також зменшується. Якщо затискачі джерела енергії з'єднати провідником із опором, що практично дорівнює нулю, то струм у ланцюзі I = .
Цей вираз визначає найбільший струм, який може бути отриманий ланцюгом даного джерела.
Якщо опір зовнішнього ланцюга практично дорівнює нулю, такий режим називається коротким замиканням.
Для джерел енергії з малим внутрішнім опором, наприклад, для електричних генераторів (електромашин) і кислотних акумуляторів, коротке замиканнядуже небезпечно - воно може вивести з ладу ці джерела.
Коротке замикання виникає досить часто, наприклад, через порушення ізоляції проводів, що з'єднують приймач із джерелом енергії. Позбавлені ізолюючого покриву металеві (зазвичай мідні) лінійні дроти при взаємному дотику утворюють дуже мале опір, яке проти опором приймача може бути прийнято рівним нулю.
Для захисту електротехнічної апаратури від струмів коротких замикань застосовують різні запобіжні пристрої.
приклад 1.Акумуляторна батарея з е. д. с. 42 вта внутрішнім опором 0,2 омзамкнута на приймач енергії, що має опір 4 ом. Визначити силу струму в ланцюзі та напругу на затискачі батареї.
Приклад 2. Кислотний акумулятор має е. д. с. 2 ві внутрішній опір - r 0 = 0,05 ом.При підключенні до акумулятора зовнішнього опору протікає струм силою 4 а. Визначити опір зовнішнього ланцюга.
приклад 3.Генератор постійного струмумає внутрішній опір 0,3 ом. Визначити е. д. с. генератора, якщо при включенні його на приймач енергії з опором 27,5 омна затискачах генератора встановлюється напруга 110 в.
Силу струму, що протікає в замкнутому ланцюгу, можна знайти з наступного виразу:
Е, д. с. генератора дорівнює:
Е = U + Ir = 110 +4 · 0,3 = 111,2 в.
приклад 4.Батарея кислотних акумуляторів з е. д. с. 220 вта внутрішнім опором 0,5 омвиявилася замкненою коротко. Визначити струм у ланцюзі.
Так як для наведеного в прикладі типу акумуляторної батареї при нормальному (десятигодинному) розряді струм дорівнює 3,6 а, то струм у 440 абезумовно небезпечним для цілості батареї.
Георг Симон Ом почав свої дослідження надихаючись знаменитою працею Жана Батіста Фур'є «Аналітична теорія тепла». У цій роботі Фур'є представляв тепловий потік між двома точками як різницю температур, а зміна теплового потокупов'язував із його проходженням через перешкоду неправильної формиз теплоізолюючого матеріалу. Аналогічно цьому Ом зумовлював виникнення електричного струму різницею потенціалів.
Виходячи з цього Ом став експериментувати з різними матеріаламипровідника. Для того, щоб визначити їх провідність, він підключав їх послідовно і підганяв їх довжину таким чином, щоб сила струму була однаковою у всіх випадках.
Важливо при таких вимірах було підбирати провідники одного й того самого діаметра. Ом, вимірюючи провідність срібла і золота, отримав результати, які за сучасними даними не відрізняються точністю. Так, срібний провідник у Ома проводив менше електричного струму, ніж золотий. Сам Ом пояснював це тим, що його провідник зі срібла був покритий олією і через це, мабуть, досвід не дав точних результатів.
Однак не тільки з цим були проблеми у фізиків, які займалися подібними експериментами з електрикою. Великі труднощі зі здобиччю чистих матеріалів без домішок для дослідів, утруднення з калібруванням діаметра провідника спотворювали результати тестів. Ще більша проблема полягала в тому, що сила струму постійно змінювалася під час випробувань, оскільки джерелом струму служили змінні. хімічні елементи. У разі Ом вивів логарифмічну залежність сили струму від опору проводу.
Дещо пізніше німецький фізик Поггендорф, який спеціалізувався на електрохімії, запропонував Ому замінити хімічні елементи на термопару з вісмуту та міді. Ом почав свої експерименти заново. На цей раз він користувався термоелектричним пристроєм, що працює на ефекті Зеєбека як батарея. До нього він послідовно підключав 8 провідників із міді одного й того ж діаметра, але різної довжини. Щоб виміряти силу струму, Ом підвішував за допомогою металевої нитки над провідниками магнітну стрілку. Струм, що йшов паралельно цій стрілці, зміщував її убік. Коли це відбувалося, фізик закручував нитку доти, доки стрілка не поверталася у вихідне положення. Виходячи з кута, на який закручувалась нитка, можна було судити про значення сили струму.
В результаті нового експерименту Ом прийшов до формули:
Х = a / b + l
Тут X- Інтенсивність магнітного полядроти, l- Довжина дроту, a- Постійна величина напруги джерела, b – постійна опоруінших елементів ланцюга.
Якщо звернутися до сучасним термінамдля опису даної формули, ми отримаємо, що Х- сила струму, а – ЕРС джерела, b + l– загальний опір ланцюга.
Закону Ома для ділянки ланцюга
Закон Ома для окремої ділянки ланцюга говорить: сила струму дільниці ланцюга збільшується у разі зростання напруги і зменшується у разі зростання опору цієї ділянки.
I = U/R
Виходячи з цієї формули, ми можемо вирішити, що опір провідника залежить від різниці потенціалів. З погляду математики, це правильно, але хибно з погляду фізики. Ця формула застосовна лише розрахунку опору на окремому ділянці ланцюга.
Таким чином формула для розрахунку опору провідника набуде вигляду:
R = p ⋅ l/s
Закон Ома для повного ланцюга
Відмінність закону Ома для повного ланцюгавід закону Ома для ділянки ланцюга полягає в тому, що тепер ми маємо враховувати два види опору. Це "R" опір всіх компонентів системи та "r" внутрішній опір джерела електрорушійної сили. Формула таким чином набуває вигляду:
I = U/R+r
Закон Ома для змінного струму
Змінний струм відрізняється від постійного тим, що він змінюється з певними часовими періодами. Саме він змінює своє значення і напрямок. Щоб застосувати закон Ома, тут потрібно враховувати, що опір у ланцюгу з постійним струмом може відрізнятись від опору в ланцюгу зі змінним струмом. І відрізняється воно в тому випадку, якщо в ланцюзі застосовані компоненти з реактивним опором. Реактивний опір може бути індуктивним (котушки, трансформатори, дроселі) та ємнісними (конденсатор).
Спробуємо розібратися, у чому реальна різниця між реактивним та активним опором у ланцюзі зі змінним струмом. Ви вже мали зрозуміти, що значення напруга і сили струму в такому ланцюгу змінюється з часом і мають, грубо кажучи, хвильову форму.
Якщо ми схематично уявімо, як з часом змінюються ці два значення, у нас вийде синусоїда. І напруга, і сила струму від нуля піднімаються до максимального значення, потім опускаючись, проходять через нульове значення і досягають максимального негативного значення. Після цього знову піднімаються через нуль до максимального значення тощо. Коли йдеться про те, що сила струму чи напруга має негативне значення, тут мається на увазі, що вони рухаються у зворотному напрямку.
Весь процес відбувається з певною періодичністю. Та точка, де значення напруги чи сили струму з мінімального значення піднімаючись до максимального значення проходить через нуль, називається фазою.
Насправді це лише передмова. Повернемося до реактивного та активного опору. Відмінність у цьому, що у ланцюга з активним опором фаза струму збігається з фазою напруги. Тобто і значення сили струму, і значення напруги досягають максимуму в одному напрямку одночасно. У такому разі наша формула для розрахунку напруги, опору чи сили струму не змінюється.
Якщо ланцюг містить реактивний опір, фази струму і напруги зрушуються один від одного на ¼ періоду. Це означає, що коли сила струму досягне максимального значення, напруга дорівнюватиме нулю і навпаки. Коли застосовується індуктивний опір, фаза напруги обганяє фазу струму. Коли застосовується ємнісний опір, фаза струму обганяє фазу напруги.
Формула для розрахунку падіння напруги на індуктивному опорі:
U = I ⋅ ωL
Де L- індуктивність реактивного опору, а ω - Кутова частота (похідна за часом від фази коливання).
Формула для розрахунку падіння напруги на ємнісному опорі:
U = I / ω ⋅ С
З- Місткість реактивного опору.
Ці дві формули – окремі випадки закону Ома для змінних ланцюгів.
Повний виглядатиме так:
I = U/Z
Тут Z – повний опір змінного ланцюгавідоме як імпеданс.
Сфера використання
Закон Ома не є базовим законом у фізиці, це лише зручна залежність одних значень від інших, яка підходить майже у будь-яких ситуаціях на практиці. Тому простіше буде перерахувати ситуації, коли закон може не спрацьовувати:
- Якщо є інерція носіїв заряду, наприклад, деяких високочастотних електричних полях;
- У надпровідниках;
- Якщо провід нагрівається настільки, що вольтамперна характеристика перестає бути лінійною. Наприклад, у лампах розжарювання;
- У вакуумних та газових радіолампах;
- У діодах та транзисторах.
Будь-який електричний ланцюг обов'язково містить у собі джерело електричної енергіїта її приймач. Як приклад розглянемо найпростіший електричний ланцюг, що складається з батарейки та лампочки розжарювання.
Батарейка – це джерело електричної енергії, лампочка – її приймач. Між полюсами джерела електроенергії є різниця потенціалів (+ і -), при замиканні ланцюга починається процес її вирівнювання під дією електрорушійної сили, скорочено - ЕРС. По ланцюгу протікає електричний струм, виконуючи роботу - нагріваючи спіраль ел.лампочки, спіраль починає світитися.
Таким чином відбувається перетворення електричної енергії в теплову енергію і енергію світла.
Електричний струм(J) є впорядкованим рухом заряджених частинок, в даному випадку - електронів.
Електрони мають негативний заряд, і тому їх рух спрямований до позитивного(+) полюса джерела живлення.
При цьому завжди утворюється електромагнітне поле, розповсюджуючись від (+) до (-) джерела (назустріч руху електронів) через електричний ланцюг зі швидкістю світла. Традиційно прийнято вважати, що електричний струм(J) рухається від позитивного(+) полюса до негативного(-).
Упорядкований рух електронів, через кристалічні ґратиречовини, що є провідником, не проходить безперешкодно. Електрони взаємодіють із атомами речовини, викликаючи його нагрівання. Таким чином, речовина надає опір(R), що протікає через нього, електричного струму. І що більше величина опору, за тієї ж величині струму - то сильніше нагрівання.
Електричний опір - це величина, що характеризує протидію електричного ланцюга (або її ділянки) електричному струму, що вимірюється в омах. Електричне напруга(U) - величина різниці потенціалів джерела електричного струму. Електричне напруга(U), електричне опір(R), електричний струм(J) - це основні властивості найпростішого електричного ланцюга, між собою вони перебувають у певній залежності.
| напруга. | ||
| Опір. | ||
| Сила струму. | ||
| Потужність. | ||
За допомогою калькулятора Закону Ома, розташованого вище, можна легко обчислити значення сили струму, напруги та опору будь-якого приймача електричної енергії. Так само, підставляючи значення напруги та струму, можна визначити його потужність і навпаки.
Наприклад, необхідно дізнатися струм споживаний ел. чайником, потужністю 2,2 кВт.
У графу "Напруга" підставляємо значення напруги нашої мережі у вольтах – 220.
У графу "Потужність", відповідно, вводимо значення потужності у ватах 2200 (2.2квт). Натискаємо кнопку "Дізнатися силу струму" - отримуємо результат в амперах - 10. чайника, під час його роботи – 22 ома.
За допомогою розташованого вище калькулятора можна легко розрахувати величину загального опорудля двох опорів, підключених паралельно.
Другий закон Кірхгофа говорить: у замкнутому електричному ланцюгу алгебраїчна сума ЕРС дорівнює алгебраїчній сумі падінь напруги на окремих ділянках ланцюга. Відповідно до цього закону для схеми зображеної на малюнку нижче можна записати:
R про =R 1 +R 2
Т. е. при послідовному з'єднанніелементів ланцюга загальний опір ланцюга дорівнює сумі опорів складових її елементів, а напруга розподіляється між ними, пропорційно опору кожного.
Наприклад, в новорічній гірляндіщо складається з 100 маленьких однакових лампочок, кожна з яких розрахована на напругу 2,5 вольт, включеної в мережу напругою 220 вольт, на кожну лампочку буде припадати 220/100 = 2,2 вольта.
І, звичайно ж, за такого розкладу вона працюватиме довго і щасливо.
Змінний струм.
Змінний струм, на відміну від постійного, не має постійного напрямку. Наприклад, у звичайній побутовій ел. мережі 220 вольт 50 герц, плюс з мінусом міняються місцями 50 разів на секунду. Закони Ома і Кірхгофа для ланцюга постійного, струму застосовні також для ланцюгів змінного струму, але тільки для електричних приймачів, що володіють активнимопором у чистому вигляді, тобто таких, як різні нагрівальні елементита лампочки розжарювання.
Причому всі розрахунки проводяться з діючимизначеннями струму та напруги. Чинне значення сили змінного струмучисельно і еквівалентною по теплової діїсилі постійного струму. Чинне значення Jперем. = 0,707 * Jпост.Чинне значення Uперем. = 0,707 * Uпост.Наприклад у нашій домашній мережі чиннезначення змінної напруги - 220 вольт,а максимальне (амплітудне) його значення = 220 * (1 / 0,707) = 310 вольт.
Роль законів Ома та Кірхгофа, у повсякденному житті електрика.
Здійснюючи свою трудову діяльністьелектрик (абсолютно будь-який і кожен), щодня стикається зі наслідками цих фундаментальних законів і правил, можна сказати - живе в їх реальності. Чи використовує він теоретичні знання, насилу отримані в різних навчальних закладах, для виконання повсякденних трудових обов'язків?
Як правило – ні! Найчастіше, просто - без будь-якої необхідності, це робити.
Бо повсякденна роботанормального електрика, складається зовсім з розумових обчислень, а навпаки - з чітких, відточених роками, фізичних дій. Не можна сказати, що думати зовсім не доводиться. Зовсім навпаки - адже наслідки необдуманих дій у цій професії обходяться часом дуже дорого.
Іноді зустрічаються серед електриків конструктора – любителі, вони ж, найчастіше – раціоналізатори. Ці люди, іноді, використовують наявні в них теоретичні знання з користю для справи, розробляючи і конструюючи різноманітні пристрої, як в особистих цілях, так і на благо рідного виробництва. Без знання законів Ома та Кірхгофа, розрахунки електричних кіл, що становлять схему майбутнього пристрою, абсолютно неможливі.
Загалом, можна сказати, що закони Ома і Кірхгофа є переважно "інструментом" інженера - конструктора, ніж електромонтера.