Зависимость силы тока от напряжения
Электрический ток есть упорядоченное движение электрических зарядов или заряженных макроскопических тел. Направление электрического тока I совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц: заряды движутся под действием электрического поля, которое создается в проводнике в результате приложенного к концам проводника напряжения U. Зависит ли величина тока от величины напряжения? Попробуем решить.
Величина силы тока
По определению ток – это физическая величина, равная количеству заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника за время t:
Я = {q над т }
Если сила тока не зависит от времени, то такой электрический ток называется постоянным. Рассмотрим позже такой случай, когда ток постоянен. Величину заряда измерить крайне сложно, поэтому в 1826 году немецкий физик Георг Ом поступил следующим образом: в электрической цепи, состоящей из источника напряжения (батареи) и резистора, он измерил величину тока на разное сопротивление ценности. Затем, не меняя номинала резистора, стал изменять параметры источника напряжения, подключая сразу, например, два или три источника. Измерив величину тока в цепи, он получил зависимости тока от напряжения U и от сопротивления R.
Рис. 1. Схема Георга Ома для измерения тока и напряжения.
Закон Ома
В результате исследований Георг Ом установил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I в цепи есть величина постоянная:
R = {U\над I }
где R — электрическое сопротивление. Эта формула называется законом Ома, который до сих пор является основным расчетным инструментом при проектировании электрических и электронных цепей.
Если по оси абсцисс отложить значения напряжения, а по оси ординат значения тока в цепи при заданных значениях напряжения, то получим график зависимости тока I от U Напряжение.
Рис. 2. График зависимости тока от напряжения.
На этом графике вы можете видеть, что эта зависимость является линейной. Наклон прямой линии зависит от величины сопротивления. Чем больше R, тем меньше угол наклона.
Рис. 3. График зависимости тока от сопротивления.
Если зафиксировать напряжение U и отложить по оси абсцисс значения R электрического сопротивления, то из полученного графика видно, что эта зависимость уже не является линейной: с ростом сопротивления поведение тока она описывает обратно пропорциональная функция — гипербола.
Закон Ома перестает работать при больших значениях тока, так как начинают работать дополнительные эффекты, связанные с тепловым разогревом вещества и повышением температуры. В газах при больших токах происходит обрыв, ток нарастает лавинообразно, отклоняясь от линейного закона.
От чего зависит величина сопротивления
Опыты показывают, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади поперечного сечения S:
R = ρ * { L \ над S }
где ρ — удельное электрическое сопротивление вещества.
Единицы измерения
В международной системе единиц СИ единица электрического сопротивления называется «ом» в честь физика Георга Ома. По определению электрическое сопротивление 1 Ом имеет участок цепи, на котором напряжение 1 В падает при токе 1 А.
[1 Ом] = {[1 В] свыше [1 А] }
Единица измерения удельного сопротивления получается из единиц величин, входящих в формулу: сопротивления, длины и площади. То есть в системе СИ получается, что если R = 1 Ом, S = 1 м2, а L = 1 м, то ρ = 1 .
Это единица измерения удельного сопротивления. Но на практике оказалось, что настоящие кабели имеют площади сечения значительно меньше 1 м2. Поэтому было принято решение использовать при расчете ρ значение площади S в мм2, чтобы итоговое значение имело компактный вид. Затем получаем более удобные для зондирования числовые значения удельного сопротивления (минус нули после запятой:
[ρ] = { [Ом] * [мм ^ 2] \ над [м]}
Ток измеряется амперметром, а напряжение измеряется вольтметром. При проведении очень точных измерений необходимо учитывать внутреннее сопротивление этих приборов.
