Электрический ток, как и любой процесс, подчиняется законам физики. Знаменитый немецкий физик Георг Симон Ом, именем которого названа единица измерения сопротивления, в 1826 году эмпирически вывел формулы, связывающие между собой ток, напряжение и сопротивление. Поначалу закон вызвал недоверие и критику в научных кругах. Затем правильность его рассуждений была подтверждена французом Клодом Пулье и труды Ома получили заслуженное признание.
Закон Ома для электрической цепи (полной)
Частный случай – закон Ома для участка цепи:
Обозначение | Единица измерения | Физический смысл |
| I | Ампер | Сила тока в цепи |
| ԑ | Вольт | Электродвижущая сила (э.д.с.) источника питания |
| r | Ом | Внутреннее сопротивление источника питания |
| R | Ом | Сопротивление нагрузки, подключенной и источнику |
| U | Вольт | Падение напряжения на сопротивлении нагрузки |
Добавим к этим формулам еще и электрическую мощность, выделяемую при прохождении тока:
В результате получается ряд формул, которые выводятся математически. Они связывают между собой все перечисленные физические величины.
| Напряжение | Ток | Сопротивление | Мощность |
 |  |  |  |
 |  |  |  |
 |  |  |  |
Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление
Электродвижущая сила источника напряжения характеризует его способность обеспечивать постоянную разность потенциалов на выводах. Эта сила имеет неэлектрическую природу: химическую у батареек, механическую – у генераторов.
Какова роль внутреннего сопротивления источника питания и что это такое? Допустим, вы замкнули накоротко выводы автомобильного аккумулятора медным проводником небольшого сечения. В физическом смысле вы подключили к источнику постоянного тока сопротивление, близкое к нулю. Если воспользоваться формулой для участка цепи, то через аккумулятор и проволоку должен пойти ток бесконечно большой величины. На деле этого не происходит, но проволока сгорит.
Теперь замкнем этой же проволокой батарейку. Ток через нее пойдет меньший. Это объясняется большим, чем у аккумулятора, значением внутреннего сопротивления. При малом сопротивлении нагрузки формула закона для полной цепи превращается в
В итоге ток через замкнутую накоротко батарейку будет иметь конечное значение, а мощность приведет к нагреву батарейки. Если бы мы замкнули аккумулятор более толстым проводом, выдержавшим ток короткого замыкания, то он ощутимо нагрел бы источник изнутри.
Э.Д.С. источника можно с некоторой точностью измерить вольтметром с высоким входным сопротивлением. Внутреннее же сопротивление источника нельзя измерить напрямую, а только рассчитать.
Закон Ома для переменного тока
На переменном токе в формуле закона Ома используется не активное, а полное сопротивление (Z).
Эта величина учитывает и активное, и реактивное сопротивление нагрузки, которое в свою очередь имеет индуктивную
и емкостную
составляющие.
Общее реактивное сопротивление цепи:
Знак (-) означает, что индуктивный и емкостной токи находятся в противофазе и друг друга компенсируют.