§ 46. Закон Ома.

На основании опытов, описанных в предыдущем параграфе, можно установить важный закон, носящий название закона Ома в честь немецкого физика Георга Ома (1787-1854). Измеряя одновременно напряжение на концах какого-либо участка проводника и силу тока, идущего через проводник, мы убеждаемся, что сила электрического тока в каком-либо участке проводника пропорциональна напряжению между концами выбранного участка.

Представив коэффициент пропорциональности между силой тока  и напряжением  в виде , можно написать закон Ома в виде

.                       (46.1)

Чем больше , тем меньше сила тока при одном и том же напряжении между концами проводника. Поэтому величина  получила название электрического сопротивления проводника или просто сопротивления. Это сопротивление зависит от свойств проводника. Закону Ома можно придать вид

.                      (46.2)

Формулы (46.1) и (46.2) показывают, что при заданном напряжении  на концах проводников с различными сопротивлениями  сила проходящего тока тем меньше, чем больше сопротивление. Таким образом, увеличение сопротивления проводника означает увеличение помех, которые испытывают носители электрических зарядов в своем движении по проводнику под действием приложенного напряжения.

Нетрудно представить себе те процессы, которые обусловливают эти помехи. В металлическом проводнике движение зарядов есть движение электронов между положительными ионами, которые получаются в результате отделения этих электронов проводимости от атомов, составляющих металл. В электролитах – это движение положительных и отрицательных ионов навстречу друг другу, происходящее среди неионизованных молекул раствора. Естественно считать, что упорядоченное движение заряженных частиц, представляющее собой ток и происходящее среди многочисленных частиц, не принимающих участия в этом упорядоченном движении, а лишь совершающих хаотическое тепловое «топтание на месте», сопровождается многочисленными столкновениями носителей зарядов с другими частицами. Эти столкновения, затрудняющие перемещение заряженных частиц по проводнику, и являются причиной сопротивления проводников прохождению тока.

Можно предвидеть из этих соображений, что сопротивление зависит от геометрических размеров проводника, т. е. от его длины и сечения, равно как от его состава и строения, определяющих частоту столкновений носителей зарядов с окружающими частицами. Не исключено и влияние температуры проводника, поскольку более или менее оживленное тепловое движение частиц может сказаться на числе столкновений.

В СИ единицей сопротивления является сопротивление такого проводника, по которому течет ток, равный одному амперу, если на концах его поддерживать напряжение, равное одному вольту. Эта единица сопротивления называется омом (Ом). Если выразить в формуле (46.1) напряжение в вольтах, а сопротивление в омах, то сила тока получится в амперах.

Закон Ома, представляющий один из важнейших законов электрического тока, имеет смысл только тогда, когда отношение  к , названное нами сопротивлением, есть постоянная для данного проводника величина. Другими словами, закон Ома справедлив для таких проводников, у которых сопротивление не зависит от приложенного напряжения и силы тока. К этому типу проводников относятся металлические проводники, уголь и электролиты. Но сопротивление газов, сделанных проводящими (например, ионизованных нагревом), зависит от приложенного напряжения, и потому для газов закон Ома несправедлив (если только не ограничиваться небольшими напряжениями, которые еще не сказываются на сопротивлении ионизованного газа). Существуют и другие проводящие материалы, к которым закон Ома неприменим.

46.1. Сопротивление человеческого тела равно нескольким десяткам тысяч Ом (оно различно для разных индивидуумов). Принимая это сопротивление равным 36 000 Ом, вычислите ток, проходящий через человека, если он касается руками осветительных проводов, находящихся под напряжением 220 В. Предостережение. Такой ток может быть смертельным, поэтому надо остерегаться прикосновения к обнаженным проводам.