Закон Ома и цепи постоянного тока

Любая цепь, которую вы собираете — от простого фонарика до зарядного устройства для телефона, — опирается на одни и те же три величины: с какой силой «толкает» батарея (напряжение), сколько заряда в результате протекает (сила тока) и насколько сильно стоящие на пути компоненты сопротивляются этому потоку (сопротивление). Для омических участков, закон Ома, V = IR, связывает эти величины настолько простой пропорциональной зависимостью, что поведение цепи можно предсказать обычной арифметикой, и именно на нём строится любая более сложная техника анализа цепей, которая следует за ним, — от последовательных и параллельных соединений до цепей переменного тока, используемых в реальной электронике.

Напряжение, ток и сопротивление

Ток — это скорость потока заряда. Сопротивление противодействует этому потоку. Для омического резистора удвоение напряжения удваивает ток.

Последовательное и параллельное соединение

Резисторы при последовательном соединении складываются напрямую. При параллельном соединении величина, обратная эквивалентному сопротивлению, равна сумме обратных величин сопротивлений ветвей.

Закон Ома

В цепи напряжение — это электрический напор, а ток — вызываемый им поток заряда. Закон Ома говорит, что ток через резистор пропорционален напряжению на нём, а сопротивление показывает, насколько сильно резистор противодействует этому потоку.

Формула

V = I · R

V — напряжение (V): электрический напор на элементе
I — сила тока (A): поток электрического заряда через элемент
R — сопротивление (Ω): насколько сильно элемент противодействует току

Решённый пример

Батарея 9 V подключена к резистору 3 Ω. Сколько тока течёт?

V = 9 V
R = 3 Ω

I = V / R
I = 9 V / 3 Ω

I = 3 A

Проверьте себя

Та же батарея 9 V подключена к большему резистору 9 Ω. Какой ток течёт теперь?

3 A
Правильный ответ: 1 A
81 A

Правильно! I = V / R = 9 В ÷ 9 Ω = 1 А — втрое большее сопротивление, треть тока.

Где вы это видите

Фонарик постепенно тускнеет по мере того, как садится его батарейка: меньшее напряжение означает меньший напор, поэтому меньший ток питает лампочку, и свет становится тусклее. Регулятор яркости на лампе в гостиной — это тот же закон, только с ручкой: поворот увеличивает сопротивление в цепи, и ток — а вместе с ним и свечение — соответственно падает.

Частые ошибки

Постоянная ошибка — относиться к V, I и R как к трём независимым настройкам, но это не так: батарея задаёт напряжение, элемент цепи задаёт сопротивление, а ток — это следствие, I = V / R. Замените резистор 3 Ω на 9 Ω при той же батарее 9 V — и ток упадёт с 3 A ровно до 1 A: втрое большее сопротивление — треть тока. Вторая ошибка — представлять, будто ток слабеет, обходя контур; ток — это одно-единственное значение, заданное всей цепью целиком.

Как это связано

Это словарь, на котором говорит весь модуль о цепях, — напряжение как напор, ток как поток, сопротивление как противодействие, — и каждое последующее правило к нему сводится. Правила Кирхгофа, идущие следом, берут это соотношение для одного резистора и применяют его к узлам и контурам, так что разветвлённые цепи можно решать, а не просто любоваться ими.