Электрическое поле действует на свободные заряды в проводнике, заставляя их перемещаться. В результате в проводнике возникает ток, а электрическое поле совершает работу. Характеристиками тока и поля являются сила тока и напряжение. Можно предположить, что они связаны между собой.
Соберём цепь, которая состоит из регулируемого источника тока (позволяет обеспечить разные напряжения), амперметра, проводника, присоединённого к нему вольтметра и ключа. Амперметр показывает силу тока, проходящего по проводнику, вольтметр — напряжение на концах проводника. Будем изменять подаваемое напряжение и отмечать показания вольтметра и амперметра.
В таблице приведены результаты опытов по изучению зависимости силы тока от напряжения для двух различных металлических проводников.
Как видно из таблицы, при увеличении подаваемого напряжения сила тока растёт, причём отношение напряжения к силе тока остаётся постоянным для данного проводника. Для первого проводника оно равно 2 В/А , для второго — 5 В/А . Следовательно, отношение U/I является характеристикой самого проводника. При одном и том же напряжении сила тока во втором проводнике меньше, чем в первом.
Говорят, что второй проводник оказывает большее сопротивление прохождению электрического тока, чем первый.
Физическую величину, равную отношению напряжения U на концах проводника к силе тока I, проходящего по нему, называют электрическим сопротивлением R проводника.
Сопротивление характеризует свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока.
В СИ единица сопротивления — ом (Ом). Она названа в честь немецкого учёного Георга Ома.
Сопротивлением 1 Ом обладает проводник, в котором сила тока равна 1 А при напряжении на концах проводника 1 В.
1 Ом = 1 В/А
Сопротивления проводников, которые использовались в опытах, равны 2 и 5 Ом. На рисунке представлены графики зависимости силы тока от напряжения для каждого из них. Данную зависимость называют вольт-амперной характеристикой. Сила тока I прямо пропорциональна напряжению U, а коэффициентом пропорциональности является 1/R.
Закон, устанавливающий зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления этого участка, называют законом Ома для участка цепи:
Cила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка.
Согласно закону Ома, при заданном напряжении сила тока тем меньше, чем больше сопротивление проводника. Следовательно, увеличение сопротивления означает увеличение помех, которые испытывают заряженные частицы, двигаясь по проводнику. Чем вызваны эти помехи?
Двигаясь упорядоченно, свободные электроны сталкиваются с ионами, расположенными в узлах кристаллической решётки металла. Этими столкновениями, затрудняющими перемещение электронов, и объясняется свойство проводника препятствовать прохождению тока.
