• Определение закона Ома
• Основные физические величины: сила тока, напряжение, сопротивление
• Формулы закона Ома
• Кто открыл закон Ома
• Применение закона Ома на практике
• Как решать задачи на закон Ома

Закон Ома — базовый закон электротехники, который связывает силу тока, напряжение и сопротивление в электрической цепи. Точное определение закона, разбор формул для участка и полной цепи, примеры решения задач из банка ФИПИ — в материале РИА Новости.

Закон Ома гласит: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Проще говоря, чем больше напряжение, тем больше ток; чем больше сопротивление, тем меньше ток при том же напряжении.

Закон Ома — один из фундаментальных законов физики и основа электротехники: на нем строится расчет практически любой электрической цепи постоянного тока. Участком цепи может быть практически любой ее элемент: провод, лампочка, резистор или электроприбор.

В законе Ома используются три величины: сила тока, напряжение и сопротивление.

Сила тока (I) показывает, какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за одну секунду. Измеряется в амперах (А).

"Силу тока можно представить через аналогию с водой: если по шлангу течет вода, мы можем измерить, какой объем воды проходит через него за секунду. В электрической цепи похожим образом характеризуется поток электрического заряда", — поясняет Азат Адеев, преподаватель физики и эксперт по ОГЭ онлайн-школы "100балльный репетитор".

Напряжение (U) — более сложная для интуитивного понимания величина. Измеряется в вольтах (В).

"Удобно снова обратиться к аналогии с водой. Представим горный ручей: вода движется из точки, расположенной выше, в точку, расположенную ниже. Разность высот между этими точками можно условно сравнить с электрическим напряжением: чем больше перепад, тем сильнее "стремление" воды течь вниз. В электрической цепи напряжение создает условия для движения электрического заряда", — комментирует Азат Адеев.

Сопротивление (R) показывает, насколько элемент цепи препятствует прохождению электрического тока. Измеряется в омах (Ом).

"В аналогии с ручьем это могут быть камни, ветки и другие препятствия, которые замедляют течение воды. Чем больше сопротивление, тем меньше ток при том же напряжении", — объясняет Азат Адеев.

Закон Ома записывают в двух вариантах — для участка цепи и для полной (замкнутой) цепи с источником тока.

Для участка цепи используется формула:

I = U / R,

где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.

Для полной электрической цепи формула выглядит так:

I = ε / (R + r),

где ε — электродвижущая сила (ЭДС) источника, R — сопротивление внешней части цепи, r — внутреннее сопротивление источника.

Формула для полной цепи учитывает, что реальный источник тока или напряжения не является идеальным и сам обладает сопротивлением. Например, у реального источника часть энергии расходуется внутри самого источника, а не только во внешней цепи. Эту зависимость запоминают с помощью схемы — треугольника Ома: закрыв в нем искомую величину, получают нужную формулу.

Закон открыл немецкий физик Георг Симон Ом. В 1826-1827 годах он экспериментально установил зависимость силы тока от напряжения и сопротивления проводника. Для опытов Ом использовал термоэлектрический источник питания — он давал более стабильное напряжение, чем гальванические батареи того времени, — и сам изготавливал измерительные приборы, поскольку готовых точных инструментов не существовало.

В 1827 году физик опубликовал результаты в работе "Теоретические расчеты для гальванической цепи", где вывел закон в законченном математическом виде и связал его с законом теплопроводности Фурье, по аналогии с которым выстроил свою теорию.

Открытие приняли не сразу. Немецкие физики отнеслись к работе Ома скептически: часть критиков сочла его подход слишком умозрительным и оторванным от эксперимента, и ученый на несколько лет остался без признания и стабильной должности. Ситуация изменилась в 1830-х годах, когда его результаты подтвердили и высоко оценили за рубежом — в частности, в Великобритании. Позже в честь ученого назвали единицу электрического сопротивления — ом, а формула I = U/R стала одной из первых, которые изучают в школьном курсе физики.

По словам Азата Адеева, законом Ома регулярно работают электрики. Например, при проектировании электропроводки необходимо рассчитать, какой ток будет проходить по проводам, и на основании этого подобрать подходящее сечение проводника. При этом дополнительно учитывают нагрев проводов с помощью закона Джоуля — Ленца, чтобы избежать перегрева.

Закон Ома применяют и при диагностике автомобилей. Автомеханик может измерить напряжение и ток в электрической цепи и по этим значениям определить сопротивление участка, а затем сравнить его с нормативными значениями. Это помогает находить неисправности в электрическом оборудовании автомобиля.

Есть и бытовые примеры. Например, при ремонте электрического чайника или плиты важно понимать, на какое напряжение и ток рассчитан нагревательный элемент. Зная напряжение в сети и требуемые параметры работы прибора, можно определить необходимое сопротивление нагревательного элемента.

Важно! Опасен не ток сам по себе, а напряжение, которое проталкивает его через тело человека. "Тело человека — это проводник с определенным сопротивлением. Чем выше напряжение, тем больший ток пойдет через тело — и тем опаснее последствия. Именно поэтому 220 В в розетке смертельно опасно, а 12 В в батарейке — нет", — поясняет Алевтина Шаталова, репетитор по физике, старший преподаватель кафедры информационных технологий Финансового университета при Правительстве Российской Федерации. По ее словам, все бытовые приборы и провода должны быть исправны и заземлены — это защищает именно от опасного напряжения.

Самый простой тип задач — найти силу тока, если известны напряжение и сопротивление. Например, если на резистор подано напряжение 110 В, а его сопротивление составляет 5 Ом, используем формулу I = U / R. Подставляем значения: I = 110 / 5 = 22 А. Значит, сила тока в резисторе составляет 22 А.

В более сложных задачах может потребоваться использовать закон Ома для полной цепи. Например, если известны ЭДС источника, его внутреннее сопротивление и сопротивление внешней цепи, сначала по формуле I = ε / (R + r) находят силу тока во всей цепи. После этого по формуле закона Ома для участка цепи можно определить напряжение на внешнем участке: U = IR. Таким образом, две формулы закона Ома позволяют последовательно рассчитать разные параметры электрической цепи.

Задача "Закон Ома для участка цепи" из банка ОГЭ на нахождение силы тока: базовая. Номер: 132BF1 ФИПИ

При напряжении 110 В на зажимах резистора сила тока в нем равна 4 А. Какой станет сила тока при увеличении напряжения на резисторе до 220 В?

Дано:

U₁ = 110 В
I₁ = 4 А
U₂ = 220 В

Найти: I₂

Решение:

Сопротивление резистора — величина постоянная и не зависит от напряжения. Сначала находим сопротивление по закону Ома для первого случая:

R = U₁ / I₁ = 110 В / 4 А = 27,5 Ом

Теперь находим силу тока при новом напряжении:

I₂ = U₂ / R = 220 В / 27,5 Ом = 8 А

Ответ: 8 А.

Задача повышенного уровня (уровень - анализ) 10-й класс из банка ЕГЭ, "Закон Ома полной цепи". Номер: 4F4C06 ФИПИ

Неразветвленная электрическая цепь состоит из аккумулятора с постоянными ЭДС, внутренним сопротивлением и внешнего резистора. Как изменятся сила тока в цепи и напряжение на выводах аккумулятора, если в цепь последовательно включить ещё один такой же резистор? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

• увеличится;
• уменьшится;
• не изменится.

Дано:

Неразветвленная цепь: аккумулятор с ЭДС ε и внутренним сопротивлением r, внешний резистор сопротивлением R.

В цепь последовательно включают второй такой же резистор R.

Найти: как изменятся сила тока в цепи и напряжение на выводах аккумулятора.

Решение:

Исходная сила тока по закону Ома для полной цепи: I₁ = ε / (R + r).

Напряжение на выводах: U₁ = ε − I₁r = εR / (R + r).

После включения второго резистора общее внешнее сопротивление становится равным 2R, новая сила тока:

I₂ = ε / (2R + r)

Отношение I₂ / I₁ = (R + r) / (2R + r) < 1, значит, общее сопротивление цепи возросло, а сила тока уменьшилась.

Новое напряжение на выводах: U₂ = ε − I₂r = 2εR / (2R + r).

Сравнение показывает, что U₂ > U₁, так как 2(R + r) > 2R + r при любом положительном r.

Ответ: сила тока в цепи уменьшится, напряжение на выводах аккумулятора увеличится.