Яка формулювання закону Ома?

Закон Ома - це фізичний закон, що визначає залежність між напругою, силою струму і опором провідника в електричному ланцюзі. Названий на честь його першовідкривача Георга Ома. Суть закону проста: ток I породжуваний напругою U обернено пропорційний опору R, яке йому доводиться долати, і прямо пропорційний порождающему напрузі:

I = U / R.

Слід також мати на увазі, що закон Ома є фундаментальним і може бути застосований до будь-якої фізичної системи, в якій діють деякі потоки енергії, що долають опору. Його можна застосовувати для розрахунку гідравлічних, пневматичних, магнітних, електричних, світлових, теплових потоків і т.д., також, як і Правила Кірхгофа, однак основна сфера його застосування - електротехніка.

Закон Ома в інтегральній формі

Закон Ома для ділянки електричного кола можна записати у вигляді:

U = Imiddot-R,

де:

• U - напруга або різниця потенціалів,
• I - сила струму,
• R - опір.

У застосуванні до замкнутого електричного кола, в якій діє ЕРС закон Ома приймаю дещо іншу форму:

I = epsilon- / (R + r),

де:

• epsilon- - ЕРС ланцюга,
• I - сила струму в ланцюзі,
• R - опір всіх елементів ланцюга,
• r - внутрішній опір джерела живлення.

Закон Ома в диференціальній формі

Опір R залежить як від матеріалу, по якому тече струм, так і від геометричних розмірів провідника. Корисно переписати закон Ома в так званій диференціальної формі, в якій залежність від геометричних розмірів зникає, і тоді закон Ома описує виключно електропровідні властивості матеріалу. Для ізотропних матеріалів маємо

j = sigma-middot-E,

де:

• j - вектор щільності струму,
• sigma- - питома провідність,
• E - вектор напруженості електричного поля.

Всі величини, що входять в це рівняння, є функціями координат і, в загальному випадку, часу. Якщо матеріал анизотропен, то напрями векторів щільності струму і напруженості можуть не збігатися. У цьому випадку питома провідність є тензором рангу (1, 1).

Розділ фізики, що вивчає протягом електричного струму в різних середовищах, називається електродинамікою суцільних середовищ.

Закон Ома для змінного струму

Якщо ланцюг містить не тільки активні, але і реактивні компоненти (ємності, індуктивності), а струм є синусоїдальним з циклічною частотою omega-, то закон Ома обобщается- величини, що входять в нього, стають комплексними:

U = Imiddot-Z,

де:

• U = U₀e^iomega-t - напруга або різниця потенціалів,
• I - сила струму,
• Z = Re^-idelta- - комплексний опір (імпеданс),
• R = (R_a²+R_r²)^1/2 - повний опір,
• R_r = omega-L - 1 / omega-C - реактивний опір (різниця індуктивного і ємнісного),
• R_а - активне (омічний) опір, не залежне від частоти,
• delta- = -arctg R_r/ R_a - зсув фаз між напругою і силою струму.

При цьому перехід від комплексних змінних в значеннях струму і напруги до дійсних (вимірюваним) значенням може бути проведений взяттям дійсної чи уявної частини (але у всіх елементах ланцюга однієї і тієї ж!) Комплексних значень цих величин. Відповідно, зворотний перехід будується для, наприклад, U = U₀sin (omega-t + phi-) підбором такий U = U₀e^iomega-t, що ImU = U. Тоді всі значення струмів і напруг в схемі треба вважати як F = ImF.

Якщо струм змінюється в часі, але не є синусоїдальною (і навіть періодичним), то його можна представити як суму синусоїдальних Фур'є-компонент. Для лінійних ланцюгів можна вважати компоненти Фур'є-розкладу струму діючими незалежно.

Також необхідно відзначити, що закон Ома є лише найпростішим наближенням для опису залежності струму від різниці потенціалів і для деяких структур справедливий лише у вузькому діапазоні значень. Для опису більш складних (нелінійних) систем, коли залежністю опору від сили струму не можна знехтувати, прийнято обговорювати вольт-амперну характеристику. Відхилення від закону Ома спостерігаються також у випадках, коли швидкість зміни електричного поля настільки велика, що не можна нехтувати інерційністю носіїв заряду.

Джерела:

• Вікіпедія - закон Ома;
• Яндекс.Словари - закон Ома у Великій радянській енциклопедії;
• Елементи.ру - закон Ома.