Закон Ома для участка цепи

Если не знаешь закона Ома, то сиди-ка лучше дома.

Как вы уже знаете, электрический ток имеет аналогию с гидравликой. Напряжение - это уровень воды в башне. Сопротивление - это  труба или шланг. Сила тока - это объем воды за какой-то кусочек времени.

Теперь давайте рассмотрим такой случай. Вместо башни у нас будет сосуд с водой, в котором пробиты три одинаковых отверстия на разной высоте сосуда. Так как сосуд у нас наполнен водой, следовательно, на дне сосуда давление будет больше, чем на  его поверхности. Или по аналогии с электричеством, напряжение на дне будет больше, чем не его поверхности.

Как вы видите, нижняя струя, которая находится ближе ко дну, стреляет дальше, чем средняя струя. А средняя струя стреляет дальше, чем верхняя.  Заметьте, отверстия у нас везде  одинакового диаметра. То есть можно сказать, что сопротивление каждого отверстия воде одинакова. За одинаковое время, объем воды, вытекаемый с самого нижнего отверстия намного больше, чем объем воды, вытекаемый со среднего и самого верхнего отверстия. А что у нас такое объем воды  за какое-то время? Да это же сила тока!

Итак, какую закономерность мы тут видим? Учитывая, что сопротивление везде одинаковое, получается что с увеличением напряжения увеличивается и сила тока!

Думаю, у каждого из вас есть садовый участок, где вы выращиваете картошку, огурчики и помидорчики. Где-то недалеко от вас всегда есть водонапорная башня

Для чего нужна водонапорная башня? Ну чтобы контролировать уровень расхода воды, а также создать давление в трубах, по которым на ваш садовый участок приходит вода. Никогда  не замечали, что башню строят  где-нибудь на возвышенности? Для чего это делается? Чтобы создать давление. Ну предположим, что ваш садовый участок находится выше, чем верхушка водобашни. Да вода просто-напросто не дойдет до вас! Физика... закон сообщающихся сосудов.

Ладно, вроде бы отвлеклись.

У всех на кухне и в ванной есть краник, через который бежит вода. Вы решили помыть руки. Для этого вы на полную катушку включаете воду, и она начинает течь бурным потоком из краника:

Но вас не устраивает такой поток воды, поэтому, покрутив ручку для крана, вы уменьшаете поток:

Что только что сейчас произошло?

Поменяв сопротивление потоку с помощью ручки краника, вы добились того, что этот поток воды стал течь очень слабо.

Давайте же проведем аналогию этой ситуации с электрическим током. Итак, что имеем? Напряжение потока мы не меняли. Где-то там вдалеке стоит водобашня и создает давление в трубах. Мы ведь не имеем права трогать водобашню, а тем более ее сносить). Следовательно, напряжение у нас постоянное и не меняется. Закрутив обратно ручку краника, мы  только что поменяли сопротивление трубы, из которой сделан краник ;-). Сопротивление мы увеличили. А что у нас получилось с потоком водички? Она у нас стала бежать медленнее и ее стало меньше! То есть, можно сказать, что количество молекул воды за какое-то время при полностью открытом и полузакрытом кранике получилось разное ;-). Ну-ка, вспоминаем, что такое сила тока ;-) Кто забыл, напомню - это количество электронов протекающих через поперечное сечение проводника за какой-то промежуток времени. И что у нас стало с этой силой тока? Она уменьшилась!

Делаем вывод:

При увеличении сопротивления сила тока уменьшается.

Итак. Имеем вот такую схему водобснабжения:

Теперь представьте, что вы поливаете огород и вам  надо наполнить  ведерко с водой из шланга за 10 минут. Ни секундой раньше и не позже! У вас в огороде поток воды бежит примерно вот так:

Допустим, с водобашни у нас идет простой резиновый шланг. Сосед случайно припарковал свой авто прямо на шланге и чуть-чуть придавил его

У вас поток воды стал убывать. Идти ругаться с соседом? Он уже ушел по делам, а ведерко за 10 минут уже наполнить не успеете. Потребуется больше времени. Как же быть? А почему бы нам не открыть краник перед водобашней чуток побольше? А это хорошая идея! Открываем краник на полную катушку и добиваемся, чтобы уровень воды в башне стал больше, чем был до этого (хотя  в башнях стоят защиты от переполнения какого-либо максимального уровня, но для примера упустим этот момент).

Но беда не приходит одна. На башне сломалось реле контроля водонасоса! Насос качает воду и не отключается! Башня переполняется и поток воды из шланга с каждой секундой становиться все больше и больше! Что же делать? Мы же переполним наше ведерко за отведенное нам время! Спокуха. Выход есть! Для этого бежим и чуток перекрываем краник , добиваясь, чтобы поток воды из шланга тек также, как и раньше ;-).

Теперь проведем аналогию.

Итак, что у нас получается? Сосед придавил шланг, значит увеличил сопротивление. Поэтому сила тока у нас стала меньше. Чтобы силу тока восстановить, мы для этого увеличивали напряжение, то есть уровень воды в башне.

Второй момент:

Уровень воды (напряжение) на водобашне стал увеличиваться из-за того, что насос не отключался и все время качал воду. Поэтому поток воды (сила тока) у нас тоже стала  расти. Чтобы выровнять силу тока, мы увеличили сопротивление краника ;-), тем самым привели в норму уровень воды в водобашне (напряжение).

Ну-как, увидели закономерность? А вот немецкий физик Георг Ом связал эти три величины между собой и получилась до боли простая формула:

где

I - это сила тока, выражается в Амперах (А)

U - напряжение, выражается в Вольтах (В)

R - сопротивление, выражается в Омах (Ом)

Ну просто, как дважды два, не так ли? Это закон носит свое название в честь его открывателя и называется законом Ома. Это самый-самый важный закон в электронике, и поэтому вы ОБЯЗАНЫ его знать.

Читайте также