Закон Ома объяснен: как взаимодействуют напряжение, ток и сопротивление в электрических цепях

Закон Ома, впервые сформулированный Георгием Симоном Омом в 1827 году, является краеугольным камнем анализа цепей. Он связывает три фундаментальные электрические величины — напряжение, ток и сопротивление — через простое, но мощное уравнение.

Напряжение, ток и сопротивление

В любом замкнутом проводящем пути электрический заряд движется непрерывно. Это движение называется током (символ I) и аналогично течению воды через трубу. Движущей силой за этим потоком является напряжение (символ V или E), относительная мера потенциальной энергии между двумя точками в цепи.

Ток встречает сопротивление в виде сопротивления (символ R). Сопротивление зависит от материала, длины и поперечного сечения проводника, и оно ограничивает, сколько тока может течь при данном напряжении.

Все три величины всегда определены между двумя различными точками, поэтому мы часто говорим «напряжение на резисторе» или «ток через провод».

Единицы измерения: Вольт, Ампер, Ом

Для количественной оценки электрического поведения используются следующие единицы СИ:

 

 

• Напряжение — вольты (В), символ V или E • Ток — амперы (А), символ I • Сопротивление — омы (Ω), символ R Эти символы стандартизированы во всей физике и инженерии, обеспечивая четкую коммуникацию во всем мире.

Кулон и электрический заряд

Электрический заряд измеряется в кулонах (Кл). Один кулон равен заряду примерно 6,25 × 10¹⁹ электронов. Ток (в амперах) представляет скорость потока заряда: один ампер равен одному кулону, проходящему через точку каждую секунду.

Напряжение, с другой стороны, — это потенциальная энергия на единицу заряда. Один вольт равен одному джоулю на кулон. Понимание джоулей (единица СИ энергии) ключево: 1 Дж — работа, совершаемая силой 1 Н, перемещающей объект на 1 м в направлении силы.

Уравнение закона Ома

Закон Ома выражается алгебраически как:

 

 

Из этого базового уравнения выводят две дополнительные формы:

 

Анализ простых цепей с законом Ома

Рассмотрим базовую последовательную цепь, содержащую единственный источник напряжения и единственный резистор (например, батарею и лампу).

 

 

Зная любые две из трех величин, закон Ома позволяет найти третью.

1. Расчет тока (I) при известном напряжении (E) и сопротивлении (R):

 

 

Каков ток?

 

2. Определение сопротивления (R) при известном напряжении (E) и токе (I):

 

 

Каково сопротивление?

 

3. Нахождение напряжения (E) при известном токе (I) и сопротивлении (R):

 

 

Каково напряжение?

 

Мнемоника треугольника закона Ома

Для быстрой справки поместите три переменные — E, I и R — в треугольник:

 

 

Чтобы найти недостающую переменную, уберите две известные из диаграммы и прочитайте оставшееся выражение. Эта мнемоника удобна, пока вы не привыкнете манипулировать алгебраическими формами.

Обзор

• Напряжение: вольты (В), символы E или V
• Ток: амперы (А), символ I
• Сопротивление: омы (Ω), символ R
• Закон Ома: E = I × R; I = E / R; R = E / I

Связанные рабочие листы

• Рабочий лист: Закон Ома
• Рабочий лист: Практика закона Ома с ответами

Попробуйте наш Калькулятор закона Ома в разделе Инструменты для мгновенных расчетов.