Взгляните вокруг: лампочка загорается, когда вы нажимаете выключатель, телефон заряжается, плитка греется до температуры, на которой можно вскипятить чайник. За всеми этими простыми действиями стоит одно и то же физическое явление — электрический ток. Понимание того, что такое ток, как он связан с напряжением и сопротивлением, и почему многие материалы подчиняются простой формуле V = IR, открывает дверь к объяснению сотен бытовых и технических процессов. В этом тексте мы разберёмся, что такое электрический ток, как формулируется и интерпретируется закон Ома, какие есть исключения и как на практике проводить простые измерения и наблюдения.

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. В металлах это, в основном, свободные электроны, которые при отсутствии внешнего поля хаотично движутся, а при появлении электрического поля приобретают направленное дрейфовую скорость. Количественно ток выражают как количество заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени: I = Q / t, единица силы тока — ампер (А), 1 А = 1 Кл/с. Когда мы измеряем ток в цепи, на самом деле считаем, сколько кулонов заряда прошло через выбранное сечение за секунду.

Напряжение (потенциальная разность, электрическое напряжение) — это мера энергии, которую получает единичный заряд при перемещении между двумя точками цепи. Разность потенциалов численно равна работе, которую совершает электрическое поле над единичным зарядом, и измеряется в вольтах (В). Интуитивно удобно представлять напряжение как «давление», которое толкает электроны по проводнику: чем выше напряжение, тем сильнее «потолкнут» электроны.

Сопротивление — свойства проводника препятствовать движению электрического тока. Если приложить к концам проводника напряжение V, то он пропустит через себя ток I; сопротивление R определяется как отношение напряжения к току R = V / I (единица — ом, Ω). Впервые экспериментально устойчивую линейную зависимость между током и напряжением для многих материалов обнаружил Георг Симон Ом, и эту зависимость обычно записывают в виде V = IR — это и есть закон Ома в привычной форме.

Важно понимать, что закон Ома — это эмпирическое наблюдение: для многих однородных материалов при постоянной температуре и в определённом диапазоне напряж