Законы Ома, электродвижущая сила

Законы Ома и понятие электродвижущей силы (ЭДС) являются фундаментальными в электротехнике. Они позволяют описывать и анализировать процессы в электрических цепях, а также рассчитывать токи, напряжения и сопротивления.
Рассмотрим закон Ома для участка цепи и для полной цепи, а также изучим понятие электродвижущей силы и её роль в электрических цепях.

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для участка цепи устанавливает связь между напряжением, током и сопротивлением на участке цепи, где отсутствуют источники ЭДС.

$$ I=\frac{U}{R} $$

где:
I — сила тока (А),
U — напряжение (В),
R — сопротивление (Ом).

Если напряжение на участке цепи U=12В, а сопротивление R=4Ом, то сила тока I равна: $$ I=\frac{12}{4}=3A $$

Электродвижущая сила (ЭДС)

Электродвижущая сила (ЭДС) — это величина, характеризующая способность источника энергии создавать электрический ток в цепи.

• Единица измерения: Вольт (В).
• Обозначение: E.
• Физический смысл: ЭДС равна работе, совершаемой источником по перемещению единичного заряда по всей цепи.
• Формула:

  $$ E=\frac{A}{q} $$

  где:
  A — работа (Дж),
  q — заряд (Кл).

Внутреннее сопротивление источника

Любой источник ЭДС имеет внутреннее сопротивление r, которое учитывается при расчёте тока в полной цепи.

Внутреннее сопротивление вызывает падение напряжения внутри источника:

$$ U_{внутр}=I\cdot r $$

Напряжение на клеммах источника (U) связано с ЭДС и внутренним сопротивлением:

$$ U=E - I\cdot r $$

Закон Ома для полной цепи

Закон Ома для полной цепи учитывает наличие источника ЭДС и внутреннего сопротивления источника.

Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе (ЭДС) источника и обратно пропорциональна сумме внешнего и внутреннего сопротивлений.

$$ I = \frac{E}{R+r} $$

где:
I — сила тока (А),
E — электродвижущая сила (ЭДС) источника (В),
R — внешнее сопротивление цепи (Ом),
r — внутреннее сопротивление источника (Ом).

Пример применения

Если ЭДС источника E=12В, внешнее сопротивление R=3Ом, а внутреннее сопротивление r=1Ом, то сила тока I равна:

$$ I = \frac{12}{3+1} = 3А $$

Для предыдущего примера напряжение на клеммах U равно:

$$ U=E−I⋅r=12−3⋅1=9В $$

• Закон Ома для участка цепи связывает ток, напряжение и сопротивление на участке цепи без источников ЭДС.
• Закон Ома для полной цепи учитывает ЭДС источника и его внутреннее сопротивление.
• Электродвижущая сила (ЭДС) характеризует способность источника создавать ток в цепи.
• Внутреннее сопротивление источника вызывает падение напряжения, что важно учитывать при расчётах.