Електричний струм і небезпечну напругу неможливо почути (за винятком високовольтних ліній, що гудуть, і електроустановок). Струмоведучі частини, що знаходяться під напругою, нічим не відрізняються на вигляд.

Неможливо впізнати їх і по запаху, і підвищеною температурою в штатних режимах роботи вони не відрізняються. Але включаємо в безмовну і тиху розетку пилосос, клацаємо вимикачем – і енергія немов береться з нізвідки, сама по собі, матеріалізуючись у вигляді шуму і компресії всередині побутового приладу.

Знову ж таки, якщо ми увімкнемо в роз'єми розетки два цвяхи і візьмемося за них, то буквально всім своїм тілом відчуємо реальність і об'єктивність існування електричного струму. Робити це, звичайно, наполегливо не рекомендується. Але приклади з пилососом і цвяхами наочно демонструють нам, що вивчення і розуміння основних законів електротехніки сприяє безпеці при поводженні з побутовою електрикою, а також усуненню забобонних упереджень, пов'язаних з електричним струмом і напругою.

Отже, розглянемо один, найцінніший закон електротехніки, який корисно знати. І спробуємо зробити це в якомога в популярнішій формі.

Закон Ома

1. Диференціальна форма запису закону Ома

Найголовніший закон електротехніки – це, звичайно, закон Ома. Про його існування знають навіть люди, що не мають відношення до електротехніки. Але тим часом питання «А чи знаєш ти закон Ома?» у технічних Вузах є пасткою для тих, що зарвалися і самовпевнених школярів. Товариш, зрозуміло, відповідає, що закон Ома знає відмінно, і тоді до нього звертаються з проханням привести цей закон в диференціальній формі. Тут-то і з'ясовується, що школяру або першокурсникові ще вчитися і вчитися.

Проте диференціальна форма запису закону Ома на практиці майже непридатна. Вона відображає залежність між щільністю струму і напруженістю поля:

j=G*E

де G – це провідність кола; Е – напруженість електричного струму.

Все це – спроби виразити електричний струм, зважаючи тільки на фізичні властивості матеріалу провідника, без урахування його геометричних параметрів (довжина, діаметр і тому подібне). Диференціальна форма запису закону Ома – це чиста теорія, знання її в побуті абсолютно не потрібне.

2. Інтегральна форма запису закону Ома для ділянки кола

Інша справа – інтегральна форма запису. Вона теж має декілька різновидів. Найпопулярнішим з них є закон Ома для ділянки кола: I=U/R

Інакше кажучи, струм в ділянці кола завжди тим вищий, чим більша прикладена до цієї ділянки напруга і чим менше опір цієї ділянки.

Ось цей «вид» закону Ома просто обов'язковий до запам'ятовування для всіх, кому хоч іноді доводиться мати справу з електрикою. Благо, і залежність-то зовсім проста. Адже напруга в мережі можна вважати незмінною. Для розетки вона дорівнює 220 вольт. Тому виходить, що струм в колі залежить тільки від опору кола, що підключається до розетки. Звідси проста мораль: за цим опором треба стежити.

Короткі замикання, які у всіх на слуху, трапляються саме внаслідок низького опору зовнішньому колу. Припустимо, що через неправильне з'єднання проводів у відгалужувальній коробці фазний і нульовий дроти опинилися безпосередньо сполучені між собою. Тоді опір ділянки кола різко знизиться практично до нуля, а струм так само різко зросте до дуже великої величини. Якщо електропроводка виконана правильно, то спрацює автоматичний вимикач, а якщо його немає, або він несправний або підібраний неправильно, то дріт не справиться із збільшеним струмом, нагріється, розплавиться і, можливо, викличе пожежу.

Але буває, що прилади, включені в розетку і відпрацьовані вже далеко не одну годину, стають причиною короткого замикання. Типовий випадок – вентилятор, обмотки двигуна якого піддалися перегріву через заклинювання лопастів. Ізоляція обмоток двигуна не розрахована на серйозний нагрів, вона швидко приходить в непридатність. В результаті з'являються міжвиткові короткі замикання, які знижують опір і, відповідно до закону Ома, також ведуть до збільшення струму.

Підвищений струм, у свою чергу, приводить ізоляцію обмоток в повну непридатність, і наступає вже не міжвиткове, а справжнісіньке, повноцінне коротке замикання. Струм йде окрім обмоток, відразу з фазного в нульовий дріт. Правда, все сказане може трапитися тільки із зовсім простим і дешевим вентилятором, не обладнаним тепловим захистом.

Закон Ома для змінного струму

Треба відзначити, що приведений запис закону Ома описує ділянку кола з постійною напругою. В мережах змінної напруги існує додатковий реактивний опір, а повного опору набуває значення квадратного кореня з суми квадратів активного і реактивного опору.

Закон Ома для ділянки кола змінного струму набирає вигляду: I=U/Z

де Z – повний опір кола.

Але великий реактивний опір властивий, перш за все, потужним електричним машинам і силовій перетворювальній техніці. Внутрішній електричний опір побутових приладів і світильників практично повністю є активним. Тому в побуті для розрахунків можна користуватися найпростішою формою запису закону Ома: I=U/R.

3. Інтегральна форма запису для повного кола

Раз є форма запису закону для ділянки кола, то існує і закон Ома для повного кола: I=E/(r+R).

Тут r – внутрішній опір джерела ЕРС мережі, а R – повний опір самого кола.

За фізичною моделлю для ілюстрації цього підвиду закону Ома далеко ходити не треба – це бортова електрична мережа автомобіля, акумулятор в якій є джерелом ЕРС. Не можна вважати, що опір акумулятора дорівнює абсолютному нулю, тому навіть при прямому замиканні між його клемами (відсутності опору R) струм виросте не до безкінечності, а просто до високого значення. Проте цього високого значення, звичайно, вистачить для того, щоб викликати розплавлення проводів і спалах обшивки авто. Тому електричні кола автомобілів захищають від короткого замикання за допомогою запобіжників.

Такого захисту може опинитися недостатньо, якщо замикання відбудеться до блоку запобіжників щодо акумулятора, або якщо зовсім один із запобіжників замінений на шматок мідного дроту. Тоді порятунок тільки в одному – необхідно щонайшвидше розірвати коло повністю, відкинувши «масу», тобто мінусову клему.

4. Інтегральна форма запису закону Ома для ділянки кола, що містить джерело ЕРС

Слід згадати і про те, що є і ще один різновид закону Ома – для ділянки кола, що містить джерело ЕРС:

I=(U+E)/(r+R)

або

I=(U-E)/(r+R)

Тут U – це різниця потенціалів на початку і в закінченні даної ділянки кола. Знак перед величиною ЕРС залежить від спрямованості її щодо напруги. Скористатися законом Ома для ділянки кола нерідко доводиться при визначенні параметрів кола, коли частина схеми недоступна для детального вивчення і не цікавить нас. Допустимо, вона прихована нероз'ємними деталями корпусу. У схемі, що залишилася, є джерело ЕРС і елементи з відомим опором. Тоді, замірявши напругу на вході невідомої частини схеми, можна обчислити струм, а після цього – і опір невідомого елементу.

Висновки

Таким чином, ми можемо побачити, що «простий» закон Ома далеко не такий простий, як комусь, можливо, здавалося. Знаючи всі форми інтегрального запису законів Ома, можна зрозуміти і легко запам'ятати багато вимог електробезпеки, а також придбати упевненість в поводжені з електрикою.