Закон Ома для замкнутої ланцюга

Будь-якому, хто вибрав ремонт та обслуговування електроустановок своєю спеціальністю, добре відоме твердження викладачів: «Закон Ома для замкнутої ланцюга потрібно знати. Навіть прокинувшись серед ночі, важливо зуміти його сформулювати. Тому що це основа всієї електротехніки». Дійсно, закономірність, відкрита видатним німецьким фізиком Георгом Симоном Омом, вплинула на подальший розвиток науки про електрику.

У 1826 році, проводячи експерименти з вивчення проходження електричного струму по провіднику, Ом виявив прямий взаємозв'язок між силою струму, підведеною до ланцюга напругою джерела живлення (хоча в даному випадку коректніше говорити про електрорушійної силі ЕРС) і опором самого провідника. Залежність була теоретично обгрунтована, в результаті чого з'явився закон Ома для замкнутої ланцюга. Важлива особливість: актуальність виявленого фундаментального закону справедлива лише за відсутності зовнішньої сили, що обурює. Іншими словами, якщо, наприклад, провідник знаходиться в змінному магнітному полі, то безпосереднє застосування формулювання неможливо.

Закон Ома для замкнутої ланцюга був виявлений при вивченні найпростішої схеми: джерело живлення (володіє ЕРС), від двох його висновків до резистору йдуть провідники, в яких відбувається спрямований рух несучих заряд елементарних частинок. Звідси, ток являє собою відношення електрорушійної сили до сумарного опору контуру:

I = E / R,

де E - електрорушійна сила джерела живлення, вимірюється в вольтах- I - значення струму, в амперах- R - електричний опір резистора, в Омах. Відзначимо, що закон Ома для замкнутої ланцюга враховує всі складові R. При розрахунках повної замкнутої ланцюга під R розуміють суму опорів резистора, провідника (r), джерела живлення (r0). Тобто:

I = E / (R + r + r0).

Якщо внутрішній опір джерела r0 більше, ніж сума R + r, то сила струму не залежить від характеристики підключеного навантаження. Іншими словами, джерело ЕРС в цьому випадку є джерелом струму. Якщо ж значення r0 менше, ніж R + r, то струм обернено пропорційний сумарному зовнішньому опору, а джерело живлення формує напругу.

При виконанні точних розрахунків враховують навіть втрату напруги в місцях з'єднань. Електрорушійну силу визначають шляхом виміру різниці потенціалів на висновках джерела при відключеному навантаженні (ланцюг розімкнути).

Закони Ома для ділянки кола застосовуються настільки ж часто, як і для замкнутого контуру. Відмінність в тому, що в розрахунках не враховується ЕРС, а лише різницю потенціалів. Така ділянка називається однорідним. У такому випадку має місце окремий випадок, що дозволяє розраховувати характеристики електричного кола на кожному її елементі. Запишемо його у вигляді формули:

I = U / R-

де U - напруга або різниця потенціалів, в вольтах. Змиритися вольтметром шляхом паралельного підключення щупів до висновків якого-небудь елементу (опору). Отримане значення U завжди менше ЕРС.

Власне, саме ця формула є найбільш відомою. Знаючи дві будь-яких складових, з формули можна знайти третю. Розрахунок контурів і елементів виконують за допомогою розглянутого закону для ділянки кола.

Закон Ома для магнітного кола в чому схожий з його трактуванням для електричного контура. Замість провідника використовується замкнутий магнітопровід, джерелом є обмотка котушки з проходять по витків струмом. Відповідно, виникає магнітний потік замикається по магнітопровода. Магнітний потік (Ф), що циркулює по контуру, безпосередньо залежить від значення МДС (магніторушійної сили) і опору матеріалу проходження магнітного потоку:

Ф = F / Rm-

де Ф - магнітний потік, в веберах- F - МДС, в амперах (іноді Гілберт) - Rm - опір, що викликає загасання.