Закон Ома для участка цепи

Однако некоторые материалы не подчиняются закону Ома, они называются неомическими.

Определение закона Ома

Рассмотрим типичную электрическую цепь, содержащую источник постоянного тока с электродвижущей силой $E$, потребитель электроэнергии $R$, потенциометр $П$, выключатели $К_1$ и $К_2$, амперметр $A$ для измерения силы тока в цепи и вольтметра $V$, которым измеряют напряжение на потребителе.

Выберем в заданной цепи участок $ВС$ с потребителем $R$, в пределах которого нет источников тока и любых других точек разветвлений, кроме точек присоединения вольтметра с большим внутренним сопротивлением, силой тока через который можно пренебречь по сравнению с током через потребитель. При постоянном токе через поперечные сечения $B$ и $C$ за одинаковые временные интервалы проходят одинаковые заряды $Δq$. Работа электрических сил, перемещающих соответствующие носители заряда (работа тока) составит:

$ΔA = ΔqU.$

Откуда

$U = ΔA/Δq$

То есть напряжение на участке электрической цепи измеряют работой электрического поля по перемещению этим участком единичного электрического заряда.

Перемещение скользящего контакта потенциометра $П$ вызывают изменения силы тока в цепи и напряжения на участке $BC$, однако выяснено, что при постоянной температуре отношение напряжения $U$ на концах заданного проводника к силе тока $I$ в нем всегда одинаково, то есть

$U/I = R = const,$

где $R$ – сопротивление проводника.

Записанное уравнение называют законом Ома в интегральной форме для участка цепи, который можно сформулировать так: сила тока в однородном проводнике при постоянной температуре прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Применение закона Ома

Закон Ома используют, в частности, для градуировки шкал электроизмерительных приборов. Если к чувствительному гальванометру последовательно присоединить большое сопротивление, то такой прибор можно использовать для измерения напряжения, то есть в качестве вольтметра, который включают параллельно потребителя электроэнергии. Для обеспечения точности измерений через вольтметр должен проходить незначительный ток по сравнению с током потребителя ($I_В << I$). Поэтому сопротивление вольтметра должно быть значительно больше сопротивления потребителя ($R_В >> R$). Если нужно в $n$ раз расширить пределы измеряемого напряжения по сравнению с максимально допустимой для данного вольтметра, то последовательно с ним включают дополнительное сопротивление $R_n$, значение которого вычисляют по уравнению:

$R_Д = (n-1) R_В$

где $R_В$ – внутреннее сопротивление вольтметра.

Амперметром измеряют силу тока цепи, включая его последовательно с потребителем, поэтому во избежание искажений результатов измерений сопротивление амперметра должно быть значительно меньше сопротивления потребителей тока ($R_А >> R$). Для расширения в $n$ раз предела измерений параллельно вводу амперметра присоединяют шунт, то есть проводник, сопротивление которого значительно меньше внутреннего сопротивления амперметра: $R_Ш << R_А$. Значение сопротивления шунта рассчитывают по формуле:

$R_Ш = R_А/(n-1)$

Статья по физике на заказ от проверенных исполнителей!

Тест по теме «Закон Ома для участка цепи»