Причина, вызывающая движение электронов по проводнику, то есть появление электрического тока, это разность потенциалов между концами проводника. Поэтому роль всякого источника электричества, дающего электрический ток, сводится к тому, чтобы поддерживать некоторую определенную разность потенциалов на концах проводника, присоединенного к источнику. Вместе с тем разность потенциалов определяет и силу электрического тока, протекающего по проводнику. Чем больше разность потенциалов на концах проводника, тем сильнее электрический ток в этом проводнике.
Сила электрического тока в проводнике зависит не только от разности потенциалов на концах его, но и от свойств самого проводника, именно от величины его электрического сопротивления. Чем больше сопротивление проводника, тем меньше будет сила тока в нем при одной и той же разности потенциалов на концах проводника. Эти обе зависимости вместе связывают между собой три величины, характеризующие проводник с электрическим током — разность потенциалов на его концах, его сопротивление и силу тока в нем. Если две из этих величин известны, то определить третью не составляет труда. Связь между разностью потенциалов, сопротивлением и силой тока установлена известным физиком Омом и поэтому называется «законом Ома».
Итак, закон Ома определяет величины разности потенциалов, сопротивления и силы тока для какого-либо проводника. Но для того чтобы этим законом пользоваться, нужно уметь измерять те величины, которые он определяет. Другими словами, нужно выбрать единицы для измерения этих величин. Чаще всего для их измерения пользуются так называемой «практической системой» электрических единиц. В этой системе мерой (единицей) разности потенциалов служит «вольт», мерой сопротивления «ом» и мерой силы тока «ампер»1).
Выбраны эти единицы — вольт, ом и ампер — таким образом, что при разности потенциалов на концах проводника в 1 вольт и сопротивлении проводника в 1 ом сила тока в нем как раз равна 1 амперу. Определить какую-либо из этих величин для другого случая можно пользуясь законом Ома. Например если при разности потенциалов в 1 вольт, сопротивление проводника будет не 1 ом, а в 10 раз больше, то есть 10 ом, то по закону Ома сила тока в проводнике будет в 10 раз меньше, то есть в 1/10 ампера. Если при том же сопротивлении в 10 ом мы увеличим разность потенциалов с 1 до 100 вольт, то есть в 100 раз, то и сила тока увеличится в 100 раз, то есть будет равна 10 амперам.
Если мы вместо определенных чисел будем для общности применять буквенные обозначения2), то закон Ома можно выразить таким образом. Пусть разность потенциалов на концах проводника будет V вольт. Если бы сопротивление проводника было равно одному ому, то сила тока в проводнике была бы V ампер. Но если сопротивление проводника будет не один, а R ом, то сила тока в проводнике будет в R раз меньше, то есть — V, разделенное на R ампер (V/R ампер). И если мы обозначим эту силу тока через J, то значит сила тока в проводнике — J амп. = V вольт/R ом.
Это и есть математическое выражение закона Ома. Значит, для того чтобы получить силу тока в амперах, нужно разность потенциалов в вольтах разделить на сопротивление в омах. Очевидно, что если мы хотим определить разность потенциалов на концах проводника, а сопротивление его и сила тока в нем известны, то нужно силу тока умножить на сопротивление, то есть — V вольт = J амп × R ом.
Значит разность потенциалов на концах проводника в вольтах равна силе тока в проводнике в амперах, умноженной на сопротивление проводника в омах. Это есть другая формулировка того же самого закона Ома.
В практике вместо названия «разность потенциалов» чаще употребляют более короткое и поэтому более удобное название «напряжение». Конечно, напряжение, так же как и разность потенциалов, измеряется в вольтах.
Итак, закон Ома дает зависимость между напряжением на концах проводника, его сопротивлением и силой тока в нем. Зная две из этих величин, мы всегда с помощью закона Ома можем определить третью.
При измерении различных величин всегда удобно пользоваться такими единицами, которые по своим размерам близки к размерам измеряемой величины. Например, хотя за меру длины принят метр, но расстояние между двумя городами неудобно измерять в метрах — получались бы слишком большие числа. Гораздо удобнее в этом случае применять бо́льшую меру — километр, равный тысяче метров. Также неудобно измерять в метрах толщину проволоки — получились бы очень малые доли метра. Удобно для этой цели применять меньшую меру — миллиметр — тысячную долю метра.
Точно так же поступают и при электрических измерениях. Для измерений больших величин пользуются большой мерой, а для измерения малых величин малой мерой. Эти большие и малые единицы получаются так же, как и в обычной метрической системе. Приставка «кило» значит меру в тысячу раз большую, например «киловольт» — это тысяча вольт. Приставка «мега» значит меру в миллион раз большую, например «мегом» — это миллион ом. Приставка «милли» значит меру в тысячу раз меньшую, например «милливольт» — это тысячная доля вольта. Приставка «микро» обозначает меру в миллион раз меньшую, например «микроампер» — это миллионная доля ампера, и т. д.
1) Все эти названия, так же как и названия других электрических единиц, — это имена ученых-физиков, занимавшихся изучением электрических явлений.
2) См. статью «Математика радиолюбителя».