Reklama

Закон Ома для участка цепи без э. д. с. Сопротивление проводника. Падение напряжения.

Когда по какому-либо участку цепи протекает ток, то между силой тока и напряжением для этого участка существует определенная функциональная зависимость, которую называют вольтамперной характеристикой.

Для металлического проводника вольтамперная характеристика выражается формулой (16.7б):

I = (un0eS/l)*U.

Отсюда видно, что между I и U должна быть прямо пропорциональная зависимость. Эту зависимость впервые установил опытным путем немецкий ученый Г. Ом.

Наглядным изображением вольтамперной характеристики является график зависимости I от U, который для проводника, как следует из формулы (16.7б), представляет собой прямую линию (рис. 16.6). Эту зависимость можно выразить формулой:

I = gU, (16.9)

где коэффициент пропорциональности:

g= un0eS/l


IMG_20141014_0006_crВеличину
gвыражающую зависимость силы тока в проводнике от его рода, размеров и внешних условий, называют проводимостью участка цепи. Проводимость измеряется силой тока, возникающей в проводнике при напряжении на его концах, равном единице.

На практике соотношение (16.9) чаще записывают в виде:

I = U/R, (16.11)

пологая:

g = 1/R. (16.12)

Величину R называют электрическим сопротивлением. Аналогично тому, как трение в механике создает противодействие движению тел, сопротивление проводника создает противодействие направленному движению зарядов и определяет превращение электрической энергии во внутреннюю энергию проводника.

Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника. Сопротивление участка цепи (без э. д. с.) измеряется напряжением на этом участке, необходимым для получения в нем тока, равного единице:

R = U/I. (16.11a)

Выведем единицу сопротивления в СИ:

R= 1B/1A= 1, B/A= 1 кг*м2/(с32) = 1 Ом.

В СИ за единицу сопротивления принимается о м (Ом). Омом называется сопротивление такого участка цепи без э. д. с., по которому течет ток в 1А при напряжении на его концах в 1В).

Закономерность, найденная Омом для металлических проводников, выражается формулой (16.11) и называется законом Ома для участка цепи без э. д. с.: сила тока на участке цепи без э. д. с. прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению: I= U/R.

Перепишем формулу закона Ома следующим образом:

U = I/R. (16.116)

Физический смысл этого выражения заключается в том, что U — это полная работа, совершаемая электрическим полем при перемещении единичного заряда на данном участке цепи, т. е. израсходованная электрическая энергия на участке цепи при перемещении по нему единичного заряда. На участке цепи без э. д. с., обладающем сопротивлением R, вся эта энергия идет на нагревание проводника, т. е. превращается в его внутреннюю энергию. Подчеркнем еще раз, что это превращение энергии обусловлено сопротивлением, которое действует аналогично трению в механических процессах.

Считая, что на участке цепи энергия, отданная равна энергии полученной, можно рассматривать (16.11б) как выражение закона сохранения энергии для участка цепи. Поэтому можно сказать, что произведение IRкоторое называют падением напряжения, выражает увеличение внутренней энергии участка цепи, т. е. численно равно электрической энергии, затраченной на тепловое действие в этом участке цепи при прохождении по нему единичного заряда.

Из сказанного выше следует, что если электрическая энергия на участке цепи будет превращаться кроме внутренней энергии еще в какой-либо другой вид энергии, то падение напряжения составит только часть напряжения, т. е. соотношение (16.116) для такого участка цепи будет неприменимо. В этом случае на участке обязательно действуют сторонние силы, т. е. имеется э. д. с.

В подводящих проводах, по которым идет ток от генератора к потребителю, всегда существует падение напряжения. Именно поэтому напряжение у потребителя всегда меньше, чем на полюсах генератора. Падение напряжения в подводящих проводах иногда называют еще потерей напряжения.

Заметим еще, что устройства, которые включают в электрическую цепь для ограничения тока, называют резисторами.

Reklama