У 1826 р. німецький вчений Ом Георг Сімон експериментально встановив математичну залежність між напругою на кінцях провідника і струмом, що в ньому протікає. Формулюється цей закон так : різниця електричних потенціалів на кінцях провідника прямопропорційна струму , що протікає в цьому провіднику при незмінних інших фізичних умовах (температурі, тиску тощо). Записується це так :
, (3.1)
де – опір провідника.
Припустимо, що напрям струму від точки а до точки в додатний (рис.3.1). На ділянці кола без джерела ЕРС за додатний напрям струму беруть напрям від вищого потенціалу до нижчого.
І
а
Uaв
Рис.3.1
Отже, потенціал вузла а вищий від потенціалу вузла в , на величину :
(3.2)
Напруга між віузлами а і в дорівнює різниці потенціалів між вузлами :
(3.3)
Отже, з урахуванням (3.2) і (3.3)
(3.4)
або
(3.5)
Рівняння (3.5) і є законом Ома для ділянки кола без джерел електричної енергії.
Розглянемо ділянку електричного кола, до складу якої входить не тільки опір, а й ЕРС (рис.3.2).
Рис.3.2
Для схеми на рис.3.2 . Визначимо потенціал точки в через потенціал вузла с і ЕРС :
(3.6)
Знак “–“ перед ставимо тому, що стрілка всередині джерела ЕРС показує на збільшення потенціалу, тобто потенціал вузла с більший від потенціалу вузла в на величину ЕРС :
(3.7)
На ділянці ав (ділянка без ЕРС) струм спрямований від вузла з вищим потенціалом до вузла з нижчим потенціалом, тобто потенціал вузла а вищий від потенціалу вузла в на величину спаду напруги в опорі
,
звідки .
У свою чергу, , таким чином, , а звідси або , отже
(3.8)
Формули (3.8) і є законом Ома для ділянки електричного кола з джерелом ЕРС.
c
а
Рис.3.3
Якщо на рис.3.2 напрям ЕРС змінити на протилежний, а напрям струму залишити таким самим (рис.3.3), то, міркуючи аналогічно, дістанемо
,
Звідки
або
(3.9)
Отже, у загальному випадку матимемо (для прикладу розглянемо ділянку кола, показану на рис.3.4);
,
звідки
рис.3.4
(3.10)
де –алгебраїчна сума ЕРС, що діє на ділянці кола а, в ; кожна ЕРС, яка збігається за напрямом з додатним напрямом струму, записується зі знаком “+”, яка не збігається – зі знаком “–“ ;– електрична провідність.
Закон Ома для повного електричного кола (рис.3.5)
(3.11)
де – внутрішній опір джерела ЕРС; –електричне навантаження (приймач електричної енергії).