"Физика (изд. ВЕНТАНА-ГРАФ)", Хижнякова Л.С., Синявина А.А.
Закон Ома связывает три величины, которые описывают участок электрической цепи: силу тока, напряжение и сопротивление. Он помогает понять, почему ток становится сильнее при повышении напряжения и слабее при увеличении сопротивления. Формула I = U/R позволяет находить неизвестную величину и рассчитывать электрические цепи. Чтобы применять её правильно, нужно брать напряжение на концах именно того участка, который рассматривается.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Сила тока I — физическая величина, показывающая, какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. Её измеряют в амперах (А). Эта величина помогает оценить, насколько интенсивно заряды движутся по проводнику.
Напряжение U характеризует работу электрического поля по перемещению заряда между двумя точками. Единица измерения напряжения — вольт (В). Напряжение показывает, насколько сильно поле может приводить заряды в движение на рассматриваемом участке.
Сопротивление R — характеристика проводника, показывающая, насколько он препятствует прохождению электрического тока. Сопротивление измеряют в омах (Ом). Оно позволяет сравнивать, насколько легко или трудно току проходить через разные участки цепи.
Закон Ома для участка цепи — зависимость силы тока в этом участке от напряжения на его концах и сопротивления участка. Его записывают формулой I = U/R. Закон нужен, чтобы рассчитывать одну из этих величин, если известны две другие.
Представь, что сопротивление участка не меняется, а напряжение становится больше. Электрическое поле на участке сильнее действует на заряды и за то же время перемещает через сечение проводника больший заряд. Поэтому сила тока увеличивается пропорционально напряжению: например, при удвоении U ток тоже удваивается. Это соответствие выражает прямая пропорциональность.
Теперь оставим напряжение одинаковым, но сравним два участка с разным сопротивлением. В участке с большим сопротивлением движению зарядов мешают сильнее, поэтому за одинаковое время через его сечение проходит меньше заряда. Значит, сила тока там меньше. Именно поэтому в формуле сопротивление стоит в знаменателе: при неизменном U рост R уменьшает I.
Основная запись закона Ома — I = U/R: сила тока равна напряжению, делённому на сопротивление. Если требуется найти напряжение, умножь обе части равенства на R и получи U = IR. Если неизвестно сопротивление, раздели обе части на I: R = U/I. В каждой записи используются одни и те же величины, но формула выбирается по тому, что требуется найти.
При постоянном сопротивлении отношение U/R меняется вместе с напряжением, поэтому точки зависимости силы тока I от напряжения U располагаются на прямой. Эта прямая проходит через начало координат: при U = 0 ток также равен нулю. Наклон прямой зависит от сопротивления: чем оно меньше, тем больше ток при том же напряжении и тем круче линия на графике. Такой график называют вольт-амперной характеристикой.
Закон применяют не ко всей цепи автоматически, а к выбранному участку. Сначала нужно определить его концы, затем взять напряжение между ними и сопротивление именно этого участка. Если подставить напряжение источника вместо напряжения на выбранном элементе или сопротивление другого участка, расчёт не будет описывать нужную часть цепи.
| Величина или свойство | Обозначение и формула | Единица измерения | Как влияет на силу тока |
|---|---|---|---|
| Сила тока | I = U/R | ампер (А) | Результат действия напряжения при данном сопротивлении |
| Напряжение | U = IR | вольт (В) | При постоянном R увеличение U увеличивает I |
| Сопротивление | R = U/I | ом (Ом) | При постоянном U увеличение R уменьшает I |
| Связь между величинами при постоянном сопротивлении | I = U/R | I — А, U — В, R — Ом | I прямо пропорциональна U |
| Изменение силы тока при увеличении сопротивления и постоянном напряжении | I = U/R | I — А, R — Ом | I уменьшается |
Сначала найди в таблице нужную величину и проверь, какие данные для неё известны. Формула подскажет, как связать данные, а последний столбец поможет оценить, разумен ли результат. Единицы измерения записывай вместе с величинами.
Напряжение на резисторе 6 В, его сопротивление 3 Ом. Найди силу тока. Известны U и R, поэтому выбираем закон Ома в форме I = U/R. Деление напряжения на сопротивление должно дать силу тока в амперах.
Ответ: сила тока равна 2 А.
Через проводник проходит ток 0,4 А при напряжении 8 В. Найди сопротивление. Искомая величина — R, поэтому переставлять части основной формулы нужно до подстановки чисел. Для сопротивления используем R = U/I.
Ответ: сопротивление проводника равно 20 Ом.
При напряжении 4 В сила тока равна 0,2 А. Какой станет сила тока при напряжении 10 В, если сопротивление не изменится? Сначала найдём постоянное сопротивление по исходным данным, затем рассчитаем новый ток. Можно также сравнить, во сколько раз увеличилось напряжение.
Ответ: новая сила тока равна 0,5 А.
Ошибка — подставить данные в формулу, где неизвестная величина выражена неверно. Такое случается, когда пытаются запомнить перестановки символов, не опираясь на основную запись закона Ома. Сначала запиши I = U/R, затем вырази нужную величину и только после этого подставляй числа. Проверка обратной подстановкой в исходную формулу помогает обнаружить ошибку.
Напряжение и сила тока иногда смешиваются, потому что обе величины описывают электрические процессы. Но у них разные обозначения и единицы: U измеряют в вольтах, I — в амперах. Перед вычислением подпиши каждое число и спроси себя, что именно требуется найти. Тогда числа для U и I не окажутся в формуле на чужих местах.
Некоторые считают, что рост сопротивления усиливает ток, поскольку слово «сопротивление» кажется характеристикой самого проводника. При постоянном напряжении это неверно: R стоит в знаменателе формулы I = U/R, поэтому большему R соответствует меньший I. Проверь рассуждение на простом сравнении: если сопротивление удвоить, ток должен уменьшиться вдвое.
Ещё одна ошибка — использовать несогласованные единицы или не записывать единицу ответа. Например, сопротивление нельзя оставлять просто числом: результат выражают в омах. Перед расчётом переведи данные в вольты, амперы и омы, если они заданы в других единицах. После вычислений проверь, что единица результата соответствует искомой величине.
Чтобы разбираться в законе Ома, нужно знать, что такое электрический ток, сила тока, напряжение и сопротивление, а также помнить их единицы измерения. Сам закон понадобится при расчёте электрических цепей, в том числе при изучении последовательного и параллельного соединения проводников. Связь тока и напряжения помогает читать вольт-амперные характеристики элементов цепи — графики, показывающие, как меняется ток при изменении напряжения.
Что показывает закон Ома для участка цепи?
Он показывает, как сила тока зависит от напряжения на концах участка и его сопротивления. При неизменном сопротивлении ток растёт вместе с напряжением, а при неизменном напряжении уменьшается с ростом сопротивления.
Как найти силу тока, если известны напряжение и сопротивление?
Раздели напряжение на сопротивление: I = U/R. Например, при U = 6 В и R = 3 Ом сила тока равна 2 А.
Как изменится сила тока, если увеличить напряжение?
Если сопротивление остаётся прежним, сила тока увеличится во столько же раз, во сколько увеличилось напряжение. Например, при удвоении напряжения ток тоже удваивается.
Почему при большем сопротивлении сила тока меньше?
Сопротивление показывает, насколько проводник препятствует прохождению тока. При одном и том же напряжении большему сопротивлению соответствует меньшая сила тока.
Какие единицы измерения нужно использовать в расчётах по закону Ома?
Напряжение выражают в вольтах, силу тока — в амперах, сопротивление — в омах. Если величины даны в других единицах, их сначала нужно перевести в согласованные единицы.
§ 41. Закон Ома для участка электрической цепи
