Ohmov zákon- fyzikálny zákon, ktorý definuje vzťah medzi elektrickými veličinami - napätím, odporom a prúdom pre vodiče.
Prvýkrát ho objavil a opísal v roku 1826 nemecký fyzik Georg Ohm, ktorý ukázal (pomocou galvanometra) kvantitatívny vzťah medzi elektromotorickou silou, elektrickým prúdom a vlastnosťami vodiča ako proporcionálny vzťah.
Následne sa vlastnosti vodiča schopného odolávať elektrickému prúdu na základe tejto závislosti začali nazývať elektrický odpor (Resistance), označovaný vo výpočtoch a schémach písm. R a merané v Ohmoch na počesť objaviteľa.
Samotný zdroj elektrickej energie má tiež vnútorný odpor, ktorý sa zvyčajne označuje písmenom r.
Ohmov zákon pre časť obvodu
Zo školského kurzu fyziky je každému dobre známa klasická interpretácia Ohmovho zákona:
Intenzita prúdu vo vodiči je priamo úmerná napätiu na koncoch vodiča a nepriamo úmerná jeho odporu.
To znamená, ak je na koncoch vodiča odpor R= použité napätie 1 ohm U= 1 Volt, potom veľkosť prúdu ja vo vodiči sa bude rovnať 1/1 = 1 ampér.
To vedie k dvom užitočnejším vzťahom:
Ak vo vodiči s odporom 1 Ohm preteká prúd 1 Ampér, potom na koncoch vodiča je napätie 1 Volt (úbytok napätia).
Ak je na koncoch vodiča napätie 1 Volt a preteká ním prúd 1 Ampér, potom je odpor vodiča 1 Ohm.
Vyššie uvedené vzorce v tejto forme možno použiť na striedavý prúd iba vtedy, ak obvod pozostáva iba z aktívneho odporu R.
Okrem toho je potrebné pripomenúť, že Ohmov zákon platí iba pre prvky lineárneho obvodu.
Na praktické výpočty slúži jednoduchá online kalkulačka.
Ohmov zákon. Výpočet napätia, odporu, prúdu, výkonu.
Po resetovaní zadajte ľubovoľné dva známe parametre.
Ohmov zákon pre uzavretý obvod
Ak pripojíte k zdroju napájania externý obvod s odporom R, prúd bude prúdiť v obvode s prihliadnutím na vnútorný odpor zdroja:
ja- Intenzita prúdu v obvode.
- Elektromotorická sila (EMF) - veľkosť napätia zdroja energie nezávislá od vonkajšieho obvodu (bez zaťaženia). Charakterizované potenciálnou energiou zdroja.
r- Vnútorný odpor napájacieho zdroja.
Pre elektromotorickú silu, vonkajší odpor R a vnútorné r sú zapojené do série, čo znamená, že veľkosť prúdu v obvode je určená hodnotou emf a súčtom odporov: I = /(R+r) .
Napätie na svorkách externého obvodu sa určí na základe prúdu a odporu R vzťah, ktorý už bol diskutovaný vyššie: U = IR.
Napätie U, pri pripájaní záťaže R, bude vždy nižšia ako EMF o hodnotu produktu I*r, ktorý sa nazýva úbytok napätia na vnútornom odpore napájacieho zdroja.
S týmto javom sa stretávame pomerne často, keď vidíme v prevádzke čiastočne vybité batérie alebo akumulátory.
S postupujúcim vybíjaním sa zvyšuje ich vnútorný odpor, preto sa zvyšuje úbytok napätia vo vnútri zdroja, čo znamená, že vonkajšie napätie klesá U = - I*r.
Čím nižší je prúd a vnútorný odpor zdroja, tým je hodnota jeho EMF a napätia na jeho svorkách bližšie U.
Ak je prúd v obvode nulový, teda = U. Obvod je otvorený, emf zdroja sa rovná napätiu na jeho svorkách.
V prípadoch, keď je možné zanedbať vnútorný odpor zdroja ( r≈ 0), napätie na svorkách zdroja sa bude rovnať EMF ( ≈ U) bez ohľadu na odpor vonkajšieho obvodu R.
Tento zdroj energie je tzv zdroj napätia.
Ohmov zákon pre striedavý prúd
Ak je v obvode striedavého prúdu indukčnosť alebo kapacita, je potrebné vziať do úvahy jej reaktanciu.
V tomto prípade bude záznam Ohmovho zákona vyzerať takto:
Tu Z- celkový (komplexný) odpor obvodu - impedancia. Zahŕňa aktívne R a reaktívne X komponentov.
Reaktancia závisí od hodnôt reaktívnych prvkov, od frekvencie a tvaru prúdu v obvode.
Viac o komplexnom odpore sa dozviete na stránke impedancie.
Berúc do úvahy fázový posun φ
vytvorený reaktívnymi prvkami, Ohmov zákon sa zvyčajne píše pre sínusový striedavý prúd v komplexnej forme:
Komplexná amplitúda prúdu. = I amp e jφ
- komplexná amplitúda napätia. = U amp e jφ
- komplexný odpor. Impedancia.
φ
- uhol fázového posunu medzi prúdom a napätím.
e- konštanta, základ prirodzeného logaritmu.
j- pomyselná jednotka.
I amp, U amp- hodnoty amplitúdy sínusového prúdu a napätia.
Nelineárne prvky a obvody
Ohmov zákon nie je základným prírodným zákonom a možno ho použiť v obmedzených prípadoch, napríklad pre väčšinu vodičov.
Nemožno ho použiť na výpočet napätia a prúdu v polovodičových alebo vákuových zariadeniach, kde táto závislosť nie je úmerná a dá sa určiť len pomocou prúdovo-napäťovej charakteristiky (voltampérová charakteristika). Do tejto kategórie prvkov patria všetky polovodičové súčiastky (diódy, tranzistory, zenerove diódy, tyristory, varikapy atď.) a elektrónky.
Takéto prvky a obvody, v ktorých sa používajú, sa nazývajú nelineárne.
Ohmov zákon sa často nazýva základným zákonom elektriny. Slávny nemecký fyzik Georg Simon Ohm, ktorý ho objavil v roku 1826, stanovil vzťah medzi základnými fyzikálnymi veličinami elektrického obvodu – odporom, napätím a prúdom.
Elektrický obvod
Aby ste lepšie pochopili význam Ohmovho zákona, musíte pochopiť, ako funguje elektrický obvod.
Čo je elektrický obvod? Toto je dráha, ktorou sa elektricky nabité častice (elektróny) pohybujú v elektrickom obvode.
Aby v elektrickom obvode existoval prúd, je potrebné mať v ňom zariadenie, ktoré by vytváralo a udržiavalo potenciálny rozdiel v úsekoch obvodu vplyvom síl neelektrického pôvodu. Takéto zariadenie je tzv DC zdroj a sily - vonkajšie sily.
Nazývam elektrický obvod, v ktorom je umiestnený zdroj prúdu T kompletný elektrický obvod. Zdroj prúdu v takomto okruhu plní približne rovnakú funkciu ako čerpadlo čerpajúce kvapalinu v uzavretom hydraulickom systéme.
Najjednoduchší uzavretý elektrický obvod pozostáva z jedného zdroja a jedného spotrebiteľa elektrickej energie, spojených vodičmi.
Parametre elektrického obvodu
Ohm odvodil svoj slávny zákon experimentálne.
Urobme jednoduchý experiment.
Zostavme elektrický obvod, v ktorom je zdrojom prúdu batéria a prístrojom na meranie prúdu je ampérmeter zapojený do série. Záťaž je drôtená špirála. Napätie budeme merať pomocou voltmetra zapojeného paralelne so špirálou. Poďme sa uzavrieť pomocou kľúča pripojte elektrický obvod a zaznamenajte hodnoty prístroja.
K prvej batérii pripojíme druhú batériu s presne rovnakými parametrami. Opäť uzavrieme okruh. Prístroje ukážu, že prúd aj napätie sa zdvojnásobili.
Ak k 2 batériám pridáte ďalšiu rovnakého typu, prúd sa strojnásobí a napätie sa tiež strojnásobí.
Záver je zrejmý: Prúd vo vodiči je priamo úmerný napätiu aplikovanému na konce vodiča.
V našom experimente zostala hodnota odporu konštantná. Zmenili sme iba veľkosť prúdu a napätia na časti vodiča. Nechajme len jednu batériu. Ale ako záťaž použijeme špirály z rôznych materiálov. Ich odpory sú rôzne. Keď ich spojíme jeden po druhom, zaznamenáme aj hodnoty prístroja. Uvidíme, že opak je pravdou. Čím vyšší je odpor, tým nižší je prúd. Prúd v obvode je nepriamo úmerný odporu.
Naše skúsenosti nám teda umožnili určiť závislosť prúdu od napätia a odporu.
Samozrejme, Ohmova skúsenosť bola iná. V tých časoch neexistovali žiadne ampérmetre a na meranie prúdu používal Ohm Coulombovu torznú váhu. Súčasným zdrojom bol prvok Volta vyrobený zo zinku a medi, ktoré boli v roztoku kyseliny chlorovodíkovej. Medené drôty boli umiestnené v pohároch obsahujúcich ortuť. Boli tam privedené aj konce drôtov zo zdroja prúdu. Drôty mali rovnaký prierez, ale rôznu dĺžku. V dôsledku toho sa zmenila hodnota odporu. Striedavým vkladaním rôznych drôtov do reťaze sme pozorovali uhol natočenia magnetickej strelky v torznej váhe. V skutočnosti sa nemerala samotná sila prúdu, ale zmena magnetického účinku prúdu v dôsledku zahrnutia drôtov s rôznym odporom do obvodu. Om to nazval „strata sily“.
Ale tak či onak, experimenty vedca mu umožnili odvodiť jeho slávny zákon.
Georg Simon Ohm
Ohmov zákon pre úplný obvod
Medzitým vzorec odvodený samotným Ohmom vyzeral takto:
Toto nie je nič iné ako vzorec Ohmovho zákona pre úplný elektrický obvod: "Intenzita prúdu v obvode je úmerná EMF pôsobiacemu v obvode a nepriamo úmerná súčtu odporu vonkajšieho obvodu a vnútorného odporu zdroja».
V Ohmových experimentoch množstvo X ukázal zmenu aktuálnej hodnoty. V modernom vzorci zodpovedá aktuálnej sileja prúdiaci v okruhu. Rozsah A charakterizoval vlastnosti zdroja napätia, čo zodpovedá modernému označeniu elektromotorická sila (EMF) ε . Hodnota hodnotyl záviselo od dĺžky vodičov spájajúcich prvky elektrického obvodu. Táto hodnota bola analogická s odporom vonkajšieho elektrického obvoduR . Parameter b charakterizoval vlastnosti celej inštalácie, na ktorej sa experiment uskutočnil. V modernej notácii je to takr – vnútorný odpor zdroja prúdu.
Ako je odvodený moderný vzorec pre Ohmov zákon pre úplný obvod?
Emf zdroja sa rovná súčtu úbytkov napätia na vonkajšom obvode (U ) a pri samotnom zdroji (U 1 ).
ε = U + U 1 .
Z Ohmovho zákona ja = U / R z toho vyplýva U = ja · R , A U 1 = ja · r .
Nahradením týchto výrazov predchádzajúcim dostaneme:
ε = I R + I r = I (R + r) , kde
Podľa Ohmovho zákona sa napätie vo vonkajšom obvode rovná prúdu vynásobenému odporom. U = I · R. Je to vždy menšie ako zdrojové emf. Rozdiel sa rovná hodnote U 1 = I r .
Čo sa stane, keď batéria alebo akumulátor funguje? S vybíjaním batérie sa zvyšuje jej vnútorný odpor. V dôsledku toho sa zvyšuje U 1 a znižuje sa U .
Úplný Ohmov zákon sa zmení na Ohmov zákon pre časť obvodu, ak z neho odstránime parametre zdroja.
Skrat
Čo sa stane, ak sa odpor vonkajšieho obvodu náhle stane nulovým? V bežnom živote to môžeme pozorovať, ak sa napríklad poškodí elektrická izolácia vodičov a dôjde k ich skratu. Nastáva jav, ktorý je tzv skrat. Volaný prúd skratový prúd, bude mimoriadne veľký. Tým sa uvoľní veľké množstvo tepla, ktoré môže viesť k požiaru. Aby sa tomu zabránilo, sú v obvode umiestnené zariadenia nazývané poistky. Sú navrhnuté tak, aby boli schopné prerušiť elektrický obvod v momente skratu.
Ohmov zákon pre striedavý prúd
V obvode so striedavým napätím je okrem obvyklého aktívneho odporu reaktancia (kapacita, indukčnosť).
Pre takéto obvody U = ja · Z , Kde Z - celkový odpor, ktorý zahŕňa aktívne a reaktívne zložky.
Ale výkonné elektrické stroje a elektrárne majú vysokú reaktanciu. V domácich spotrebičoch okolo nás je reaktívna zložka taká malá, že ju možno ignorovať a na výpočty použite jednoduchú formu zápisu Ohmovho zákona:
ja = U / R
Výkon a Ohmov zákon
Ohm nielenže stanovil vzťah medzi napätím, prúdom a odporom elektrického obvodu, ale odvodil aj rovnicu na určenie výkonu:
P = U · ja = ja 2 · R
Ako vidíte, čím väčší je prúd alebo napätie, tým väčší je výkon. Pretože vodič alebo odpor nie je užitočná záťaž, výkon, ktorý naň dopadá, sa považuje za stratu výkonu. Používa sa na ohrev vodiča. A čím väčší je odpor takéhoto vodiča, tým viac energie sa na ňom stráca. Na zníženie tepelných strát sa v obvode používajú vodiče s nižším odporom. Robí sa to napríklad vo výkonných zvukových inštaláciách.
Namiesto epilógu
Malá rada pre tých, ktorí sú zmätení a nevedia si spomenúť na vzorec Ohmovho zákona.
Rozdeľte trojuholník na 3 časti. Navyše, ako to urobíme, je úplne jedno. Zadajme do každého z nich množstvá zahrnuté v Ohmovom zákone - ako je znázornené na obrázku.
Uzavrime hodnotu, ktorú treba nájsť. Ak sú zostávajúce hodnoty na rovnakej úrovni, je potrebné ich vynásobiť. Ak sú umiestnené na rôznych úrovniach, potom hodnota umiestnená vyššie musí byť rozdelená na nižšiu.
Ohmov zákon je široko používaný v praxi pri navrhovaní elektrických sietí vo výrobe a doma.
Základným zákonom elektrotechniky, s ktorým môžete študovať a počítať elektrické obvody, je Ohmov zákon, ktorý stanovuje vzťah medzi prúdom, napätím a odporom. Je potrebné jasne pochopiť jeho podstatu a vedieť ho správne použiť pri riešení praktických problémov. V elektrotechnike sa často robia chyby kvôli neschopnosti správne aplikovať Ohmov zákon.
Ohmov zákon pre časť obvodu hovorí: prúd je priamo úmerný napätiu a nepriamo úmerný odporu.
Ak niekoľkokrát zvýšite napätie pôsobiace v elektrickom obvode, prúd v tomto obvode sa zvýši o rovnakú hodnotu. A ak niekoľkokrát zvýšite odpor obvodu, prúd sa zníži o rovnakú hodnotu. Podobne, čím väčší je tlak a čím menší odpor potrubie poskytuje pohybu vody, tým väčší je prietok vody v potrubí.
V populárnej forme môže byť tento zákon formulovaný takto: čím vyššie je napätie pri rovnakom odpore, tým vyšší je prúd a zároveň čím vyšší je odpor pri rovnakom napätí, tým nižší je prúd.
Aby sa Ohmov zákon vyjadril čo najjednoduchšie matematicky, predpokladá sa, že Odpor vodiča, ktorým prechádza prúd 1 A pri napätí 1 V je 1 Ohm.
Prúd v ampéroch možno vždy určiť vydelením napätia vo voltoch odporom v ohmoch. Preto Ohmov zákon pre časť obvodu sa zapisuje podľa nasledujúceho vzorca:
I = U/R.
Magický trojuholník
Akýkoľvek úsek alebo prvok elektrického obvodu možno charakterizovať pomocou troch charakteristík: prúdu, napätia a odporu.
Ako používať Ohmov trojuholník: zatvorte požadovanú hodnotu - ďalšie dva symboly poskytnú vzorec na jej výpočet. Mimochodom, Ohmov zákon sa nazýva iba jeden vzorec z trojuholníka - ten, ktorý odráža závislosť prúdu od napätia a odporu. Ďalšie dva vzorce, hoci sú jeho dôsledkami, nemajú žiadny fyzikálny význam.
Výpočty vykonané pomocou Ohmovho zákona pre časť obvodu budú správne, keď je napätie vyjadrené vo voltoch, odpor v ohmoch a prúd v ampéroch. Ak sa použije viacero jednotiek merania týchto veličín (napríklad miliampéry, milivolty, megaohmy atď.), mali by sa previesť na ampéry, volty a ohmy. Aby sa to zdôraznilo, niekedy je vzorec Ohmovho zákona pre časť obvodu napísaný takto:
ampér = volt/ohm
Môžete tiež vypočítať prúd v miliampéroch a mikroampéroch, pričom napätie by malo byť vyjadrené vo voltoch a odpor v kiloohmoch a megaohmoch.
Ďalšie články o elektrine v jednoduchej a dostupnej prezentácii:
Ohmov zákon platí pre akúkoľvek časť obvodu. Ak je potrebné určiť prúd v danom úseku obvodu, potom je potrebné vydeliť napätie pôsobiace v tomto úseku (obr. 1) odporom tohto konkrétneho úseku.
Obr. 1. Aplikácia Ohmovho zákona na časť obvodu
Uveďme príklad výpočtu prúdu pomocou Ohmovho zákona. Predpokladajme, že chcete určiť prúd v lampe s odporom 2,5 Ohm, ak je napätie aplikované na lampu 5 V. Vydelením 5 V 2,5 Ohm dostaneme hodnotu prúdu 2 A. V druhom príklade určiť prúd, ktorý bude pretekať pod vplyvom napätia 500 V v obvode, ktorého odpor je 0,5 MOhm. Aby sme to dosiahli, vyjadríme odpor v ohmoch. Vydelením 500 V 500 000 ohmov nájdeme hodnotu prúdu v obvode, ktorá sa rovná 0,001 A alebo 1 mA.
Často, keď poznáme prúd a odpor, napätie sa určuje pomocou Ohmovho zákona. Napíšeme vzorec na určenie napätia
U = IR
Z tohto vzorca je zrejmé, že napätie na koncoch daného úseku obvodu je priamo úmerné prúdu a odporu. Význam tejto závislosti nie je ťažké pochopiť. Ak nezmeníte odpor časti obvodu, potom môžete zvýšiť prúd iba zvýšením napätia. To znamená, že pri konštantnom odpore väčší prúd zodpovedá väčšiemu napätiu. Ak je potrebné získať rovnaký prúd pri rôznych odporoch, potom s vyšším odporom by malo byť zodpovedajúce vyššie napätie.
Napätie v časti obvodu sa často nazýva pokles napätia. To často vedie k nedorozumeniam. Mnoho ľudí si myslí, že úbytok napätia je nejaký druh premárneného zbytočného napätia. V skutočnosti sú pojmy napätia a poklesu napätia ekvivalentné.
Výpočet napätia pomocou Ohmovho zákona možno ilustrovať na nasledujúcom príklade. Nechajte prúd 5 mA prechádzať časťou obvodu s odporom 10 kOhm a musíte určiť napätie v tejto časti.
Násobenie I = 0,005 A pri R -10000 Ohm, dostaneme napätie rovné 5 0 V. Rovnaký výsledok by sme mohli dostať vynásobením 5 mA 10 kOhm: U = 50 V
V elektronických zariadeniach sa prúd zvyčajne vyjadruje v miliampéroch a odpor v kiloohmoch. Preto je vhodné použiť tieto merné jednotky pri výpočtoch podľa Ohmovho zákona.
Ohmov zákon tiež počíta odpor, ak je známe napätie a prúd. Vzorec pre tento prípad je napísaný takto: R = U/I.
Odpor je vždy pomer napätia k prúdu. Ak sa napätie niekoľkokrát zvýši alebo zníži, prúd sa zvýši alebo zníži o rovnaký počet krát. Pomer napätia k prúdu, rovný odporu, zostáva nezmenený.
Vzorec na určenie odporu by sa nemal chápať tak, že odpor daného vodiča závisí od odtoku a napätia. Je známe, že závisí od dĺžky, plochy prierezu a materiálu vodiča. Vo vzhľade sa vzorec na určenie odporu podobá vzorcu na výpočet prúdu, ale medzi nimi je zásadný rozdiel.
Prúd v danej časti obvodu skutočne závisí od napätia a odporu a mení sa, keď sa menia. A odpor daného úseku obvodu je konštantná hodnota, nezávislá od zmien napätia a prúdu, ale rovná sa pomeru týchto hodnôt.
Keď ten istý prúd prechádza dvoma časťami obvodu a napätia, ktoré sa na ne používajú, sú rôzne, je zrejmé, že časť, na ktorú je aplikované väčšie napätie, má zodpovedajúcim spôsobom väčší odpor.
A ak pod vplyvom rovnakého napätia prechádzajú rôzne prúdy v dvoch rôznych častiach obvodu, potom menší prúd bude vždy v časti, ktorá má väčší odpor. To všetko vyplýva zo základnej formulácie Ohmovho zákona pre úsek obvodu, teda z toho, že čím väčší prúd, tým väčšie napätie a menší odpor.
Výpočet odporu pomocou Ohmovho zákona pre úsek obvodu ukážeme na nasledujúcom príklade. Musíte nájsť odpor úseku, ktorým prechádza prúd 50 mA pri napätí 40 V. Vyjadrením prúdu v ampéroch dostaneme I = 0,05 A. Vydelíme 40 číslom 0,05 a zistíme, že odpor je 800 Ohmov.
Ohmov zákon možno jednoznačne znázorniť ako tzv charakteristiky prúdového napätia. Ako viete, priama úmernosť medzi dvoma veličinami je priamka prechádzajúca počiatkom. Táto závislosť sa zvyčajne nazýva lineárna.
Na obr. Obrázok 2 zobrazuje ako príklad graf Ohmovho zákona pre časť obvodu s odporom 100 Ohmov. Vodorovná os predstavuje napätie vo voltoch a zvislá os predstavuje prúd v ampéroch. Stupnicu prúdu a napätia je možné zvoliť podľa želania. Rovná čiara je nakreslená tak, že pre každý bod je pomer napätia k prúdu 100 ohmov. Napríklad, ak U = 50 V, potom I = 0,5 A a R = 50: 0,5 = 100 Ohm.
Ryža. 2. Ohmov zákon (voltampérová charakteristika)
Graf Ohmovho zákona pre záporné hodnoty prúdu a napätia má rovnaký vzhľad. To znamená, že prúd v obvode tečie rovnako v oboch smeroch. Čím väčší je odpor, tým menší prúd sa získa pri danom napätí a tým plochejšia je priamka.
Zariadenia, v ktorých charakteristika prúdového napätia je priamka prechádzajúca počiatkom súradníc, t.j. odpor zostáva konštantný pri zmene napätia alebo prúdu, sa nazývajú lineárne zariadenia. Používajú sa aj pojmy lineárne obvody a lineárne odpory.
Existujú aj zariadenia, v ktorých sa odpor mení pri zmene napätia alebo prúdu. Potom vzťah medzi prúdom a napätím nie je vyjadrený podľa Ohmovho zákona, ale zložitejším spôsobom. Pre takéto zariadenia nebude charakteristikou prúdového napätia priamka prechádzajúca počiatkom súradníc, ale bude to buď krivka alebo prerušovaná čiara. Tieto zariadenia sa nazývajú nelineárne.
Mnemotechnický diagram pre Ohmov zákon
Dobrý deň, milí čitatelia stránky Zápisky elektrikára..
Dnes otváram novú sekciu na stránke s názvom.
V tejto časti sa vám pokúsim vysvetliť elektrotechnickú problematiku jasným a jednoduchým spôsobom. Hneď poviem, že sa nebudeme príliš vŕtať v teoretických poznatkoch, ale základy spoznáme v dostatočnom poradí.
Prvá vec, ktorú vám chcem predstaviť, je Ohmov zákon pre časť reťaze. Toto je najzákladnejší zákon, ktorý by mal poznať každý.
Znalosť tohto zákona nám umožní ľahko a presne určiť hodnoty prúdu, napätia (potenciálneho rozdielu) a odporu v časti obvodu.
Kto je Om? Trochu histórie
Ohmov zákon objavil slávny nemecký fyzik Georg Simon Ohm v roku 1826. Takto vyzeral.
Nepoviem vám celú biografiu Georga Ohma. Viac sa o tom môžete dozvedieť v iných zdrojoch.
Poviem len to najdôležitejšie.
Je po ňom pomenovaný najzákladnejší zákon elektrotechniky, ktorý aktívne využívame pri zložitých výpočtoch v projektovaní, vo výrobe aj v bežnom živote.
Ohmov zákon pre homogénnu časť reťazca je nasledujúci:
I – hodnota prúdu pretekajúceho časťou obvodu (meraná v ampéroch)
U – hodnota napätia na časti obvodu (meraná vo voltoch)
R – hodnota odporu časti obvodu (meraná v Ohmoch)
Ak je vzorec vysvetlený slovami, ukáže sa, že sila prúdu je úmerná napätiu a nepriamo úmerná odporu časti obvodu.
Urobme experiment
Aby ste pochopili vzorec nie slovami, ale skutkami, musíte zostaviť nasledujúci diagram:
Účelom tohto článku je jasne ukázať, ako použiť Ohmov zákon pre časť obvodu. Preto som zostavil tento obvod na svojom pracovnom stole. Pozrite sa nižšie, ako vyzerá.
Pomocou ovládacieho (výberového) tlačidla je možné zvoliť buď konštantné napätie alebo striedavé napätie na výstupe. V našom prípade sa používa konštantné napätie. Úroveň napätia mením pomocou laboratórneho autotransformátora (LATR).
V našom experimente použijem napätie v časti obvodu rovné 220 (V). Výstupné napätie kontrolujeme pomocou voltmetra.
Teraz sme úplne pripravení uskutočniť náš vlastný experiment a otestovať Ohmov zákon v skutočnosti.
Nižšie uvediem 3 príklady. V každom príklade určíme požadovanú hodnotu pomocou 2 metód: pomocou vzorca a praktickým spôsobom.
Príklad č. 1
V prvom príklade musíme nájsť prúd (I) v obvode, pričom poznáme veľkosť zdroja konštantného napätia a hodnotu odporu LED žiarovky.
Napätie zdroja jednosmerného napätia je U = 220 (V). Odpor LED žiarovky je R = 40740 (Ohm).
Pomocou vzorca nájdeme prúd v obvode:
I = U/R = 220 / 40740 = 0,0054 (A)
Zapojíme do série s LED žiarovkou, zapnutou v režime ampérmetra, a meriame prúd v obvode.
Displej multimetra zobrazuje prúd obvodu. Jeho hodnota je 5,4 (mA) alebo 0,0054 (A), čo zodpovedá prúdu zistenému vzorcom.
Príklad č.2
V druhom príklade musíme nájsť napätie (U) časti obvodu, pričom poznáme množstvo prúdu v obvode a hodnotu odporu LED žiarovky.
I = 0,0054 (A)
R = 40740 (Ohm)
Pomocou vzorca nájdeme napätie časti obvodu:
U = I*R = 0,0054 *40740 = 219,9 (V) = 220 (V)
Teraz sa pozrime na výsledok získaný praktickým spôsobom.
K LED žiarovke pripojíme paralelne multimeter zapnutý v režime voltmetra a zmeriame napätie.
Displej multimetra zobrazuje namerané napätie. Jeho hodnota je 220 (V), čo zodpovedá napätiu zistenému pomocou vzorca Ohmovho zákona pre časť obvodu.
Príklad č.3
V treťom príklade musíme nájsť odpor (R) časti obvodu, pričom poznáme veľkosť prúdu v obvode a hodnotu napätia časti obvodu.
I = 0,0054 (A)
U = 220 (V)
Opäť použijeme vzorec a nájdeme odpor časti obvodu:
R = U/I = 220/0,0054 = 40740,7 (Ohm)
Teraz sa pozrime na výsledok získaný praktickým spôsobom.
Pomocou multimetra meriame odpor LED žiarovky.
Výsledná hodnota bola R = 40740 (Ohm), čo zodpovedá odporu zistenému vzorcom.
Aké ľahké je zapamätať si Ohmov zákon pre časť obvodu!!!
Aby ste neboli zmätení a ľahko si zapamätali vzorec, môžete použiť malú nápovedu, ktorú môžete urobiť sami.
Nakreslite trojuholník a zadajte do neho parametre elektrického obvodu podľa obrázku nižšie. Mali by ste to dostať takto.
Ako sa to používa?
Používanie nápovedného trojuholníka je veľmi jednoduché a jednoduché. Zatvorte prstom parameter obvodu, ktorý je potrebné nájsť.
Ak sú zostávajúce parametre na trojuholníku umiestnené na rovnakej úrovni, je potrebné ich vynásobiť.
Ak sú zostávajúce parametre na trojuholníku umiestnené na rôznych úrovniach, potom je potrebné rozdeliť horný parameter na nižší.
Pomocou nápovedného trojuholníka sa vo vzorci nezamotáte. Ale je lepšie sa to naučiť ako násobilku.
závery
Na konci článku urobím záver.
Elektrický prúd je smerovaný tok elektrónov z bodu B s mínusovým potenciálom do bodu A s plusovým potenciálom. A čím vyšší je potenciálny rozdiel medzi týmito bodmi, tým viac elektrónov sa presunie z bodu B do bodu A, t.j. Prúd v obvode sa zvýši za predpokladu, že odpor obvodu zostane nezmenený.
Ale odpor žiarovky odporuje toku elektrického prúdu. A čím väčší je odpor v obvode (sériové zapojenie niekoľkých žiaroviek), tým menší bude prúd v obvode pri konštantnom sieťovom napätí.
P.S. Tu na internete som našiel vtipnú, ale vysvetľujúcu karikatúru na tému Ohmov zákon pre časť obvodu.
Hovoria: "Ak nepoznáš Ohmov zákon, zostaň doma." Poďme teda zistiť (zapamätať si), čo je to za zákon, a smelo sa vydajme na prechádzku.
Základné pojmy Ohmovho zákona
Ako pochopiť Ohmov zákon? Musíte len zistiť, čo je v jeho definícii. A mali by ste začať určením prúdu, napätia a odporu.
Aktuálna sila I
Nechajte prúd pretekať v nejakom vodiči. To znamená, že dochádza k usmernenému pohybu nabitých častíc - napríklad sú to elektróny. Každý elektrón má elementárny elektrický náboj (e= -1,60217662 × 10 -19 Coulomb). V tomto prípade prejde určitým povrchom za určitý čas špecifický elektrický náboj rovný súčtu všetkých nábojov prúdiacich elektrónov.
Pomer náboja k času sa nazýva prúdová sila. Čím viac náboja prejde vodičom za určitý čas, tým väčší je prúd. Sila prúdu sa meria v Ampere.
Napätie U alebo potenciálny rozdiel
To je presne tá vec, ktorá spôsobuje pohyb elektrónov. Elektrický potenciál charakterizuje schopnosť poľa vykonávať prácu na prenos náboja z jedného bodu do druhého. Takže medzi dvoma bodmi vodiča je potenciálny rozdiel a elektrické pole funguje na prenos náboja.
Fyzikálna veličina rovnajúca sa práci efektívneho elektrického poľa pri prenose elektrického náboja sa nazýva napätie. Merané v Voltach. Jeden Volt je napätie, ktoré pri pohybe náboja 1 Cl funguje rovná 1 Joule.
Odpor R
Prúd, ako vieme, preteká vodičom. Nech je to nejaký drôt. Pri pohybe po drôte pod vplyvom poľa sa elektróny zrážajú s atómami drôtu, vodič sa zahrieva a atómy v kryštálovej mriežke začnú vibrovať, čo spôsobuje ešte väčšie problémy s pohybom elektrónov. Tento jav sa nazýva odpor. Závisí od teploty, materiálu, prierezu vodičov a meria sa v Omaha.
Formulácia a vysvetlenie Ohmovho zákona
Zákon nemeckého učiteľa Georga Ohma je veľmi jednoduchý. Znie:
Intenzita prúdu v časti obvodu je priamo úmerná napätiu a nepriamo úmerná odporu.
Georg Ohm odvodil tento zákon experimentálne (empiricky) v 1826 rok. Prirodzene, čím väčší je odpor časti obvodu, tým menší bude prúd. V súlade s tým, čím vyššie je napätie, tým väčší je prúd.
Mimochodom! Pre našich čitateľov je teraz zľava 10%.
Táto formulácia Ohmovho zákona je najjednoduchšia a je vhodná pre časť obvodu. Výrazom „obvodová časť“ máme na mysli, že ide o homogénnu časť, v ktorej nie sú žiadne prúdové zdroje s EMF. Zjednodušene povedané, táto sekcia obsahuje nejaký druh odporu, no nie je na nej batéria, ktorá by si sama zabezpečovala prúd.
Ak vezmeme do úvahy Ohmov zákon pre úplný obvod, jeho formulácia bude mierne odlišná.
Majme obvod, má zdroj prúdu, ktorý vytvára napätie a nejaký druh odporu.
Zákon bude napísaný takto:
Vysvetlenie Ohmovho zákona pre dutú reťaz sa zásadne nelíši od vysvetlenia pre časť reťaze. Ako vidíte, odpor pozostáva zo samotného odporu a vnútorného odporu zdroja prúdu a namiesto napätia sa vo vzorci objavuje elektromotorická sila zdroja.
Mimochodom, prečítajte si o tom, čo je EMF v našom samostatnom článku.
Ako pochopiť Ohmov zákon?
Aby sme intuitívne pochopili Ohmov zákon, obráťme sa na analógiu reprezentovania prúdu vo forme kvapaliny. Presne to si myslel Georg Ohm, keď robil experimenty, ktoré viedli k objavu zákona pomenovaného po ňom.
Predstavme si, že prúd nie je pohyb častíc nosiča náboja vo vodiči, ale pohyb prúdu vody v potrubí. Najprv sa voda dvíha čerpadlom do čerpacej stanice a odtiaľ pod vplyvom potenciálnej energie smeruje nadol a preteká potrubím. Navyše, čím vyššie čerpadlo čerpá vodu, tým rýchlejšie bude prúdiť v potrubí.
Z toho vyplýva, že rýchlosť prúdenia vody (sila prúdu v drôte) bude tým väčšia, čím väčšia bude potenciálna energia vody (potenciálny rozdiel)
Sila prúdu je priamo úmerná napätiu.
Teraz prejdime k odporu. Hydraulický odpor je odpor potrubia v dôsledku jeho priemeru a drsnosti steny. Je logické predpokladať, že čím väčší je priemer, tým menší je odpor potrubia a tým väčšie množstvo vody (vyšší prúd) bude pretekať jeho prierezom.
Prúdová sila je nepriamo úmerná odporu.
Túto analógiu je možné urobiť len pre základné pochopenie Ohmovho zákona, pretože jeho pôvodná podoba je v skutočnosti dosť hrubou aproximáciou, ktorá však v praxi nachádza vynikajúce uplatnenie.
V skutočnosti je odpor látky spôsobený vibráciami atómov kryštálovej mriežky a prúd je spôsobený pohybom voľných nosičov náboja. V kovoch sú voľnými nosičmi elektróny uniknuté z atómových dráh.
V tomto článku sme sa pokúsili podať jednoduché vysvetlenie Ohmovho zákona. Znalosť týchto zdanlivo jednoduchých vecí vám môže pri skúške dobre poslúžiť. Samozrejme, dali sme najjednoduchšiu formuláciu Ohmovho zákona a teraz nepôjdeme do džungle vyššej fyziky, ktorá sa zaoberá aktívnym a reaktívnym odporom a inými jemnosťami.
Ak máte takúto potrebu, naši pracovníci vám radi pomôžu. A nakoniec vás pozývame pozrieť si zaujímavé video o Ohmovom zákone. Toto je naozaj poučné!