Закон Ома. Электрическое сопротивление и резисторы

Публикации по материалам Д. Джанколи. “Физика в двух томах” 1984 г. Том 2.

Электрический ток в цепи создается разностью потенциалов. Разность потенциалов можно получить, например, с помощью батареи. Немецкий физик Георг Симон Ом (1787-1854) экспериментально доказал, что сила электрического тока I в металлическом проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов V на его концах:

I ~ V.

Это утверждение называют законом Ома. Если, например, подсоединить к батарее напряжением 6 В проводник, то через него потечет ток, сила которого будет в два раза больше, чем от батареи с напряжением 3 В.

Полезно сравнить электрический ток с потоком воды в реке или трубе. Если труба расположена почти горизонтально, скорость потока будет невелика. Но если один конец трубы окажется выше другого, скорость потока заметно увеличится. И чем больше разность уровней, тем больше скорость потока. Ранее мы обратили внимание на аналогию между электрическим потенциалом и высотой скалы при рассмотрении электрического и гравитационного полей. Эта аналогия применима в данном случае к разности уровней потока. Подобно тому, как увеличение перепада высот вызывает возрастание потока воды, чем больше разность потенциалов, или напряжение, тем больше сила электрического тока.

Сила тока в проводнике зависит не только от напряжения, но и от того сопротивления, которое проводник оказывает потоку электронов. Стенки трубы, берега реки и пороги создают сопротивление потоку воды. Точно так же и электроны тормозятся в результате взаимодействий с атомами проводника. Чем выше сопротивление, тем меньше сила тока при данном напряжении V. Таким образом, сопротивление определяется тем, что сила тока обратно пропорциональна ему. С учетом этого можно написать

I = V/R(26.3)

где R – электрическое сопротивление (или просто сопротивление) участка цепи, V – разность потенциалов на этом участке, а I – сила тока в цепи. Приведенные выражения часто записывают в виде V = IR и называют законом Ома. Впрочем, это не закон, а скорее определение сопротивления.
Обнаруженная Омом закономерность, строго говоря, состоит в утверждении, что сила тока в металлическом проводнике пропорциональна приложенному напряжению: I ~ V. Это утверждение несправедливо в общем случае, например, применительно к таким веществам, как полупроводники, электронные лампы, транзисторы и т.п. «Закон Ома» поэтому не относится к таким фундаментальным законам природы, как законы Ньютона, начала термодинамики или закон Кулона. Он лишь характеризует определенные материалы – металлические проводники. О материалах или схемах, для которых закон Ома не выполняется, говорят как о неомических или нелинейных.

Определение электрического сопротивления

R = V/I

применимо и к таким нелинейным случаям, но R будет не постоянным, а зависящим от приложенного напряжения. Закон Ома утверждает, что сопротивление R постоянно и не зависит от V для металлических проводников. Поскольку это утверждение не отражает фундаментальных свойств природы, его, вероятно, следовало бы называть не законом, а правилом или соотношением. Но выражение «закон Ома» настолько укоренилось, что мы не станем возражать против его употребления, а будем лишь помнить о его ограниченной применимости.

Единицей сопротивления служит ом (Ом); 1 Ом соответствует 1 В/А. Все электрические приборы от нагревателей и электрических ламп до стереофонических усилителей оказывают сопротивление протекающему через них току. Соединительные провода обладают, как правило, очень низким сопротивлением. Во многих схемах, в частности в электронных приборах, для управления силой тока используют резисторы, которые могут иметь электрическое сопротивление от долей ома до 10⁶ Ом (МОм). На рис. показаны некоторые типы резисторов. Обычно резисторы бывают двух основных типов: проволочные (представляющие собой катушки тонкой проволоки) и непроволочные (обычно изготовленные на основе углеродной пленки). Сопротивление резистора указывается на корпусе цифрами или цветным кодом. Первые две полоски соответствуют двум значащим цифрам сопротивления, третья указывает множитель (число нулей), четвертая – допуск. Например, сопротивление резистора, имеющего красную, оранжевую, зеленую и серебряную полоски, равно 25 000 Ом (25 кОм) ± 10%.

Джерело : tel-spb.ru