Закон Ома
Электрическое
сопротивление проводника не зависит от поданного на него напряжения.
Что
такое электрическое сопротивление? Проще всего объяснить это по аналогии с
водопроводной трубой. Представьте себе, что вода — некое подобие электрического
тока, образуемого направленным движением электронов в проводнике, а напряжение —
аналог давления (напора) воды. Сопротивление — это та сила противодействия
среды их движению, которую электронам или воде приходится преодолевать, в
результате чего производится работа и выделяется теплота. Именно такая модель
представлялась в 1820-е годы Георгу Ому, когда он занялся исследованием природы
происходящего в электрических цепях.
В
водопроводной трубе всё обстоит так, что чем выше давление воды, тем
относительно большая доля энергии расходуется на преодоление сопротивления в
трубах, поскольку в них усиливается турбулентность потока. Из этого исходил Ом,
приступая к опытам по измерению зависимости силы тока от напряжения. И очень
скоро выяснилось, что ничего подобного в электрических проводниках не
происходит: сопротивление вещества электрическому току вовсе не зависит от
приложенного напряжения. В этом, по сути, и заключается закон Ома, который (для
отдельного участка цепи) записывается очень просто:
U
= IR
где
U — напряжение, приложенное к участку цепи, I — сила тока, а R — электрическое
сопротивление участка цепи.
Сегодня
мы понимаем, что электрическая проводимость обусловлена движением свободных
электронов, а сопротивление — столкновением этих электронов с атомами
кристаллической решетки (см. Электронная теория проводимости). При каждом таком
столкновении часть энергии свободного электрона передается атому, который, в
результате, начинает колебаться более интенсивно, и в результате мы наблюдаем
нагревание проводника под действием электрического тока. Повышение напряжения в
цепи никак не сказывается на доле тепловых потерь такого рода, и соотношение
напряжения и электрического тока остается постоянным.
Однако,
когда Георг Ом экспериментально открыл свой закон, атомная теория строения
вещества находилась в зачаточном состоянии, а до открытия электрона оставалось
несколько десятилетий. Таким образом, для него формула U = IR была чисто
экспериментальным результатом. Сегодня мы имеем достаточно стройную и,
одновременно, сложную теорию электропроводности и понимаем, что закон Ома в его
первозданном виде — всего лишь грубое приближение. Однако это не мешает нам с
успехом использовать его для расчета самых сложных электрических цепей,
использующихся в промышленности и быту. Единица электрического сопротивления
системы СИ называется Ом в честь этого выдающегося ученого.
***
Георг Симон ОМ
Georg Simon Ohm, 1789–1854
Немецкий
физик. Родился в Эрлангене в 1789 году (по другим источникам — в 1787-м). Окончил
местный университет. Преподавал математику и естественные науки. Признание в
академических кругах получил достаточно поздно, лишь в 1849 году став
профессором Мюнхенского университета, хотя уже в 1827 году опубликовал закон,
который теперь носит его имя. Помимо электричества занимался акустикой и
изучением человеческого слуха.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://elementy.ru/