Elektriskās ķēdes posmā ieslēgtu elektroenerģijas patērētāju (1. att. a) raksturo elektriskā pretestība R, kuras mērvienība ir oms (Ω). Elektriskā pretestība ir iemesls, kādēļ tiek patērēta elektroenerģija. Ja starp elektriskās ķēdes gala punktiem pastāv potenciālu starpība jeb spriegums U, tad šajā ķēdes posmā plūst strāva ar stiprumu I. Šo fizikālo lielumu savstarpējo saistību nosaka Oma likums: I = U : R, kur
I – strāvas stiprums (A),
U – spriegums (V),
R – elektriskā pretestība (Ω).
No Oma likuma izriet: ja ķēdē ieslēgtā elektroenerģijas patērētāja “apetīte” paliek nemainīga, proti, tā elektriskā pretestība R nemainās, tad, palielinot spriegumu U, lineāri pieaug strāvas stiprums I (1. att. b).
1.att. Oma likums
Elektriskā pretestība piemīt arī vadītājiem, piemēram, elektrības vadiem. Ja viendabīga materiāla vadītāja garums ir l, bet šķērsgriezuma laukums S (2. att.), tad tā elektriskā pretestība R = ρl : S, kur
ρ – vielas īpatnējā elektriskā pretestība (Ω·m),
l – vadītāja garums (m),
S – vadītājā šķērsgriezuma laukums (m2).
Vielas īpatnējā pretestība ρ raksturo to, cik viegli elektriskajiem lādiņiem ir izspraukties tai cauri. Tiek lietots arī īpatnējai pretestībai apgrieztais lielums σ = 1 : ρ, ko sauc par vielas īpatnējo vadītspēju. Tās mērvienība ir sīmenss uz metru (S/m).
2.att. Vadītāju elektriskā pretestība
Strāvas stiprumu un spriegumu ķēdes posmos ir iespējams izmērīt, tādam nolūkam lieto ampērmetrus un voltmetrus. Strāvas stiprumu I mēra ar ampērmetru, kas ķēdē ir jāieslēdz virknē, lai tam plūstu cauri visa ķēdē plūstošā strāva (3. att. a). Lai ampērmetrs pēc iespējas mazāk ietekmētu ķēdē plūstošo strāvu, tā pretestībai RA ir jābūt daudz mazākai par ķēdes pretestību R. Sprieguma U mērīšanai lieto voltmetru. Sprieguma mērīšanas nolūkos voltmetrs ir jāslēdz paralēli elektriskajai ķēdei, lai tas parādītu potenciālu starpību mērāmā ķēdes posmā (3. att. b). Pretēji ampērmetram voltmetra pretestībai RV korektu mērījumu veikšanai ir jābūt daudz lielākai par ķēdes pretestību R.
3.att. Strāvas stipruma (a) un strāva sprieguma (b) mērīšana
No Oma likuma (I = U : R) izriet, ka, pieaugot spriegumam U, pieaug strāvas stiprums I. Pieauguma straujums ir atkarīgs no pretestības R. Jo lielāka ir elektriskā pretestība R, jo lēnāks ir strāvas stipruma pieaugums, kā arī vienai un tai pašai sprieguma vērtībai atbilst mazākā strāvas stipruma vērtība (1. att.).
1.att. Strāvas stipruma izmaiņas atkarība no pretestības
Šīs Oma likuma izpausmes intuitīvai izpratnei var ņemt talkā analoģiju ar šķidrumu fiziku. Ja mums ir divas pudeles, kurās ir iepildīts šķidrums vienādā līmenī, tad šis šķidruma līmenis pielīdzināms elektriskās ķēdes potenciālu starpībai U (2. att.). Katrai pudelei ir cita lieluma atvērums. Ja apgāž pirmo pudeli (2. att. a), tad no tās sāk izplūst šķidrums, kura plūsmas daudzums pielīdzināms strāvas stiprumam I1. Otrai pudelei atvērums ir lielāks, tādēļ pēc apgāšanas plūsma ir lielāka, kas pielīdzināma lielākam strāvas stiprumam I2 (2. att. b). No tā izriet, ka pudeles atvērums nosaka pretestību: jo mazāks pudeles atvērums, jo lielāku pretestību tas rada šķidruma plūsmai. Līdzīgi ir elektriskajā ķēdē. Pie lielākas vadītāja vai patērētāja pretestības lādiņnesēju plūsmai jāsaskaras ar lielāku pretestību.
2.att. Elektrības analoģija ar šķidruma fiziku
Viens no elektriskās pretestības avotiem ir tas, ka lādiņnesēji saduras ar vielu veidojošajām daļiņām, piemēram, elektrons metālā saduras ar kristālrežģa mezglu punktos esošajiem pozitīvajiem metāla joniem. Cik dažādas ir vielas, tik dažādas ir to īpatnējās elektriskās pretestības ρ (sk. 3. att.), kas raksturo vielas pretošanos lādiņu plūsmai.
3.att. Dažādu vielu īpatnējās pretestības
3. attēlā redzams, ka vielas īpatnējai pretestībai klāt norāda konkrētu temperatūru. Tas ir tādēļ, ka vielas elektriskā pretestība ir atkarīga no temperatūras. Pieaugot temperatūrai, parasti palielinās arī elektriskā pretestība. Šīs parādības skaidrojumā var izmantot līdzību ar to, cik viegli cilvēkam ir iziet cauri piepildītai ballītes telpai. Ja ballīte ir tikai sākusies un cilvēki mierīgi stāv un runājas (3. att. a), tad jums nebūtu grūti iziet cauri ballītes telpai. Taču brīdī, kad ballīte ir manāmi “iekarsusi” un tās dalībnieki ir sākuši aktīvi dejot (4. att. b), iziet cauri telpai jau sagādā lielu piepūli. Līdzīgi ir ar lādiņu plūsmu. Pieaugot temperatūrai, vielu veidojošās daļiņas sāk aktīvāk kustēties, līdz ar to lādēto daļiņu plūsmai ir grūtāk tik tām garām.
4.att. Iekarsušai videi (b) ir grūtāk izspraukties cauri nekā mierīgai (a)
Līdz šim ir noskaidrots, ka no jebkāda materiāla ar īpatnējo elektrisko pretestību ρ veidota ķermeņa elektriskā pretestība ir atkarīga no tā lineārajiem izmēriem (no formulas R = ρl : S) un ķermeņa temperatūras T. Kombinējot šos ietekmējošos faktorus dažādos salikumos, ir iespējams viena materiāla ķermenim iegūt dažādas elektriskās pretestības (5. att.)
5.att. Ķermeņa formas un temperatūras ietekme uz elektrisko pretestību
Lai izmērītu ķēdē plūstošās strāvas stiprumu I, jāizmanto ampērmetrs (6. att. a), kas ieslēgts virknē ar elektrisko ķēdi (6. att. b). Kā jebkura mērinstrumenta, arī ampērmetra gadījumā ir svarīgi, lai mērinstruments neietekmētu mērāmā objekta fizikālos lielumus. Ampērmetram piemīt elektriskā pretestība RA, līdz ar to var teikt, ka līdz ar ampērmetru ķēdē tiek ieslēgta vēl viena pretestība RA (6. att. b). Izmantojot Oma likumu, var aprēķināt, ka šī ampērmetra pretestība radīs ķēdē papildu sprieguma kritumu UA = I · RA, kas palielinās ķēdes posma kopējo sprieguma kritumu U = I · (R + RA). Tādēļ praksē lieto ampērmetrus, kuru pretestība RAir daudz mazāka par patērētāja pretestību RA, rezultātā ampērmetra radītās sprieguma izmaiņas ir niecīgas un tās parasti neņem vērā.
6.att. Ampērmetrs un tā vieta elektriskajā ķēdē
Arī voltmetra (7. att. a) pieslēgšana ietekmē elektriskās ķēdes fizikālos lielumus. Voltmetru slēdz paralēli ķēdei (7. att. b). Pieslēguma vietā notiek ķēdes sazarošanās, jo kopējā ķēdes posmā plūstošā strāva I tagad sadalās divās daļās: viena daļa, kā ierasts, turpina plūst cauri patērētājam, bet otra daļa IVsāk plūst caur voltmetru. Caur voltmetru plūstošo strāvu var aprēķināt IV = U : RV. Jo mazāka ir caur voltmetru plūstošā strāvā, jo mazāk strāvas tiek “nozagts” patērētājam, tādēļ parasti lieto voltmetrus ar ļoti lielu iekšējo pretestību, tādējādi strāva IV ir niecīga un tās ietekme ir maznozīmīga.
7.att. Voltmetrs un tā vieta elektriskajā ķēdē
Īpatnējā vadītspēja σ, kas ir apgrieztais lielums īpatnējai elektriskajai pretestībai ρ, ir cieši saistīta ar vadītājā plūstošās strāvas blīvumu j (1. att.). Strāvas plūsmu un līdz ar to strāvas blīvumu j vadītājā nodrošina elektriskais lauks ar intensitāti E. Strāvas blīvums ir proporcionāls elektriskā lauka intensitātei, un kā proporcionalitātes koeficients darbojas īpatnējā vadītspēja: j = σ · E.
1.att. Strāvas blīvuma un īpatnējās elektrovadītspējas saistība
No pēdējās sakarības var iegūt Oma likumu ķēdes posmam. Apskatīsim cilindrisku vadītāju ar garumu L un šķērsgriezuma laukumu S (2. att.). Tātad strāvas blīvums j = σ · E. Ja vadītājā plūst strāva, tad starp tā galiem ir spriegums U, ko rada elektriskā lauka intensitāte E = U : L. Vadītāja strāvas blīvums j = I : S. Ievietojot pēdējās divas sakarības sākotnējā vienādojumā, iegūst strāvas stipruma izteiksmi I : S = σ · U : L jeb I = σ · U · S : L. Cilindriska vadītāja pretestība R = ρL : S jeb R = L : (σS). Ņemot šo vērā, strāvas stipruma izteiksme tagad izskatās I = U : R, kas arī ir Oma likums ķēdes posmam.
2.att. Strāvas plūsma vadītājā
Elektrisko ķēdi raksturo dažādi fizikālie lielumi: strāvas stiprums, spriegums un pretestība. Katru no šiem lielumiem ir iespējams izmērīt, turklāt strāvas stipruma un sprieguma mērīšanas metodes tika apskatītas jau iepriekšējos soļos. Arī pretestības mērīšanai ir speciāls mērinstruments – ommetrs. Tomēr, lai nebūtu jāglabā dažādi mērinstrumenti, ir izveidots viens kombinēts mēraparāts – multimetrs, ar kuru iespējams mērīt gan strāvas stiprumu un spriegumu, gan arī elektrisko pretestību, turklāt to var lietot gan līdzstrāvai, gan maiņstrāvai (3. att.).
3.att. Multimetrs un tā iespējas
Izmantojot multimetru kā arī citus iepriekš apskatītos mērinstrumentus, ir iespējams uzņemt dažādu elektrisko ķēžu elementu voltampēru raksturlīknes. Par voltampēru raksturlīkni sauc strāvas stipruma I atkarību no pieliktā sprieguma U. Elektriskās ķēdes elementus ar noteiktu vai maināmu elektrisko pretestību sauc par rezistoriem. Rezistoriem voltampēru raksturlīkne ir lineāra (4. att. a). Citādāka aina paveras, apskatot kvēlspuldzes voltampēru raksturlīkni, kura ir liekta (4. att. b). Šis liekums izskaidrojams ar to, ka, pieaugot spriegumam, pieaug kvēldiega temperatūra un elektriskā pretestība, tādēļ strāvas stiprums vairs nepieaug tik strauji kā sākumā.
4.att. Rezistora (a) un kvēlspuldzes (b) voltampēru raksturlīknes
Lai gan mērīt cilvēka voltampēru raksturlīkni nedrīkst, jo strāva cilvēka organismam var būt bīstama, tomēr arī cilvēka organismam piemīt elektriskā pretestība. Šī pretestība ir atkarīga no daudz un dažādiem apstākļiem, piemēram, ādas sausuma, veselības stāvokļa un vecuma, bet tas neliedz veikt noteiktos apstākļos esoša cilvēka elektriskās pretestības salīdzinājumu ar kādu ierastu vadītāja materiālu. Piemēram, cilvēks ar sausu ādu 220 V spriegumam var radīt pretestību ap 20 000 Ω. Tikpat lielu pretestību rada aptuveni 1200 km garš vara vads ar diametru 2 mm (5. att.).
5.att. Cilvēka un vara vada pretestību salīdzinājums