Интегральный закон Ома PDF E-mail
Оценка пользователей: / 2
ПлохоОтлично 
Обзорные статьи

Закон Ома - физический закон, описывающий связь между силой тока, напряжением и сопротивлением проводника в одной электрической цепи.

Закон назван в честь Георга Ома - его первооткрывателя. Он гласит, что величина сила тока участка цепи прямо пропорциональна величине напряжения между концами цепи, если свойства проводника при прохождении по нему тока не изменяются. Также следует учитывать, что закон Ома – это фундаментальный закон, который может применяться к любой физической системе, включающей в себя действующие поля или потоки частиц, преодолевающие сопротивление. То есть, он может быть применен для расчёта гидравлических, электрических, световых, пневматических, тепловых, магнитных потоков и т. д., подобно правилам Кирхгофа, но такая реализация этого закона применяется крайне редко, только в рамках узко специализированных расчётов.

Для ряда случаев математическая форма закона Ома может несколько различаться. По-другому математическое выражение закона Ома для участка цепи называется интегральным законом Ома. То есть предполагается, что электрическая цепь состоит из проводников, индивидуальное сопротивление которых усредняется относительно объема проводника.

Первоначально закон Ома был установлен путем экспериментального изучения и анализа зависимости между напряжением (разностью потенциалов) U на концах проводника и силой тока I в самом проводнике. Как выяснилось, в широком диапазоне величин I и U соблюдается их пропорциональная зависимость:

U = IR,

где U - падение напряжения на концах цепи, I - сила тока, R – сопротивление.

Величина R называется электрическим сопротивлением проводника. Этой формулой выражается закон Ома в интегральной форме. Величины, которые входят в данное выражение, в случае с постоянным током являются действительными. Но закон Ома справедлив и для переменного тока.

Если величина тока изменяется во времени, но по форме сигнал не является синусоидальным, то его можно представить суммой синусоидальных Фурье-компонент. В случае с линейными цепями компоненты фурье-разложения тока можно считать действующими независимо. Следует отметить тот факт, что данный закон есть лишь простейшее приближение для описания зависимости величины тока от разности потенциалов, а для некоторых систем он справедлив лишь в очень узком диапазоне значений. При описании более сложных (нелинейных) структур, в которых зависимостью сопротивления от силы тока пренебрегать нельзя, принято анализировать вольт-амперную характеристику.

На физическом уровне суть закона Ома заключается в пропорциональности средней скорости направленного движения заряженных частиц напряженности электрического поля, т.е. скорость прямо пропорциональна силе, действующей на частицы. Если электрическое поле отсутствует, частицы в проводнике (которые можно считать свободными приближенно) совершают хаотическое движение, при этом сталкиваясь с ионами, расположенными на узлах кристаллической решетки, а также с атомами примесей и т.д. Любые направления движений свободных частиц являются равноправными, и не возникает никакого потока частиц, другими словами, ток отсутствует. Поэтому усредненные по всей совокупности частиц проекции скорости, соответственно, равны нулю. При внедрении проводника в электрическое поле на частицы начинают действовать направленные силы. Если проследить за одной из частиц, то можно обнаружить, что на ее тепловое хаотическое движение накладывается ее направленное движение под воздействием силы электрического поля (дрейф).

Закон Ома справедлив для электролитов, полупроводников, металлов, т.е. для веществ, носители тока в которых испытывают большое число соударений. Но при этом закон выполняется даже при не очень сильных полях, когда соударения имеют большую роль. Закон Ома не работает при токах в вакууме, поскольку в этом случае частицы практически не имеют столкновений. В плазме закон Ома выполняется очень ограниченно, поскольку в таких условиях число носителей тока обычно непостоянно.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить