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

[формула (26.3)] 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); согласно (26.3), 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. 26.6 показаны некоторые типы резисторов (табл. 26.1). Обычно резисторы бывают двух основных типов: проволочные (представляющие собой катушки тонкой проволоки) и непроволочные (обычно изготовленные на основе углеродной пленки).

Рис. 26. 6. 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%.

Следующая публикация по теме: Удельное сопротивление материалов.

Альтернативная статья: Закон Ома. Формулы.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!