Ohmův zákon. Vzorec Ohmův zákon

Ohmův zákon, založený na experimentech, je základní zákon v elektrotechnice, který dává sílu elektrického proudu do vztahu k odporu a napětí. Vznik smartphonů, gadgetů, domácích spotřebičů a dalších elektrických zařízení radikálně změnil tvář moderního člověka. Bylo vynaloženo obrovské úsilí na studium fyzikálních zákonů s cílem zlepšit starou a vytvořit novou technologii. Jednou z těchto závislostí je Ohmův zákon. Ohmův zákon je experimentálně odvozený (empirický) zákon, který dává do souvislosti proud ve vodiči s napětím na koncích vodiče a jeho odporem, byl objeven v roce 1826 německým experimentálním fyzikem Georgem Ohmem. Striktní formulaci Ohmova zákona lze napsat takto: síla proudu ve vodiči je přímo úměrná napětí na jeho koncích (potenciální rozdíl) a nepřímo úměrná odporu tohoto vodiče. Potřebujete pomoc s propagací online? Napsat. [Klikněte na tento text nebo klikněte na obrázek níže]
Vzorec Ohmova zákona je napsán takto: kde I je síla proudu ve vodiči, jednotka měření síly proudu je ampér [A]; U – elektrické napětí (potenciální rozdíl), jednotka měření napětí – volt [V]; R je elektrický odpor vodiče, jednotka měření elektrického odporu je ohm [Ohm]. Podle Ohmova zákona zvýšení napětí, například zdvojnásobení s pevným odporem vodiče, povede ke zvýšení proudové síly také zdvojnásobení Naopak snížení proudu na polovinu při pevném napětí bude znamenat, že se odpor zdvojnásobil. Zvažme nejjednodušší případ použití Ohmova zákona. Nechť je dán určitý vodič s odporem 3 Ohmy a napětím 12 V, pak podle definice Ohmova zákona protéká tímto vodičem proud rovný: Pro zapamatování tohoto zákona existuje mnemotechnické pravidlo, které lze nazvat Ohmův trojúhelník. Znázorněme všechny tři charakteristiky (napětí, proud a odpor) ve tvaru trojúhelníku. Nahoře je napětí, vlevo dole proud a vpravo odpor. Pravidlo práce je toto: zavřete prstem hodnotu v trojúhelníku, kterou je třeba najít, pak zbývající dva dají správný vzorec pro nalezení uzavřeného.

Kde a kdy lze použít Ohmův zákon?

Potřebujete pomoc s psaním práce?

Ohmův zákon ve zmíněné podobě platí pro kovy v dosti širokých mezích. Provádí se, dokud se kov nezačne tavit. Méně široké uplatnění je v roztocích (taveninách) elektrolytů a ve vysoce ionizovaných plynech (plazma). Při práci s elektrickými obvody je někdy třeba určit pokles napětí na určitém prvku. Pokud se jedná o rezistor se známou hodnotou odporu (je vyznačen na pouzdře) a je znám i proud, který jím prochází, můžete napětí zjistit pomocí Ohmova vzorce bez připojení voltmetru.

Význam Ohmova zákona

Ohmův zákon určuje sílu proudu v elektrickém obvodu při daném napětí a známém odporu.

Umožňuje vypočítat tepelné, chemické a magnetické účinky proudu, protože závisí na síle proudu. Ohmův zákon je mimořádně užitečný ve strojírenství (elektronickém/elektrickém), protože se zabývá třemi základními elektrickými veličinami: proudem, napětím a odporem. Ukazuje, jak jsou tyto tři veličiny vzájemně závislé na makroskopické úrovni. Pokud by bylo možné Ohmův zákon charakterizovat jednoduchými slovy, pak by vypadal jednoznačně takto: Z Ohmova zákona vyplývá, že je nebezpečné uzavírat běžnou osvětlovací síť vodičem malého odporu. Proud bude tak silný, že může mít vážné následky.

Ohmův zákon je základním principem elektrotechniky a fyziky, který popisuje vztah mezi třemi základními veličinami: proudem, napětím a odporem. Zákon, pojmenovaný po německém fyzikovi Georgu Simonu Ohmovi, uvádí, že množství proudu protékajícího vodičem je přímo úměrné napětí aplikovanému na konce vodiče a nepřímo úměrné jeho odporu. Matematicky je to vyjádřeno následující rovnicí:

kde I je proud (v ampérech), U je napětí (ve voltech), R je odpor (v ohmech).

Základní pojmy Ohmova zákona

aktuální (I)

Proud je množství elektrického náboje procházejícího průřezem vodiče za jednotku času. To je jedna z hlavních charakteristik elektrického proudu, který se měří v ampérech (A). Velikost proudu závisí na napětí aplikovaném na vodič a na odporu samotného vodiče.

Napětí (U) nebo potenciálový rozdíl

Napětí nebo potenciální rozdíl je veličina, která určuje energii potřebnou k přesunu jednotkového náboje z jednoho bodu do druhého. Napětí se měří ve voltech (V) a je hnací silou, která způsobuje tok elektrického náboje vodičem.

Odolnost (R)

Odpor je fyzikální veličina, která charakterizuje schopnost materiálu bránit průchodu elektrického proudu. Odpor závisí na materiálu vodiče, jeho délce a průřezu. Měřeno v ohmech (Ω). Čím větší je odpor vodiče, tím menší proud při stejném napětí.

Formulace a vysvětlení Ohmova zákona

Formulace Ohmova zákona říká, že proud III protékající vodičem je přímo úměrný napětí UUU na koncích vodiče a nepřímo úměrný odporu R: I=U/R

Tato jednoduchá rovnice umožňuje snadno určit jednu z veličin, pokud jsou známy další dvě. Pokud například znáte napětí a odpor, můžete zjistit proud pomocí Ohmova zákona.

Ohmův zákon pro část obvodu

V případě jakékoli části elektrického obvodu platí Ohmův zákon stejně jednoduše:

Tato rovnice ukazuje, že pro pevný odpor je proud úměrný použitému napětí. Část obvodu může obsahovat různé prvky, jako jsou odpory, kondenzátory a induktory, ale Ohmův zákon platí pro všechny lineární prvky.

Ohmův zákon pro uzavřený úplný obvod

Pro uzavřený kompletní obvod, kde je zapnut zdroj napětí s elektromotorickou silou (EMF) a vnitřním odporem, vypadá Ohmův zákon takto:

kde E je emf zdroje, R je vnější odpor obvodu, r je vnitřní odpor zdroje. Tento vzorec ukazuje, jak vnitřní odpor zdroje ovlivňuje proud v obvodu.

Co je EMF a odkud pochází?

Elektromotorická síla (EMF) je veličina, která charakterizuje schopnost zdroje elektrické energie vytvářet potenciálový rozdíl a udržovat proud v obvodu. EMF se měří ve voltech (V) a vzniká různými způsoby, jako jsou chemické reakce v bateriích, změny magnetického pole v generátorech a sluneční záření v solárních panelech.

Rozsah aplikace Ohmova zákona

Ohmův zákon je široce používán v různých oblastech fyziky a elektrotechniky. Používá se pro výpočet parametrů elektrických obvodů, návrh elektronických zařízení, analýzu složitých elektrických systémů a mnoho dalšího. Ohmův zákon je základem pro pochopení činnosti rezistorů, kondenzátorů, induktorů a dalších pasivních prvků.

Tabulka měrných odporů různých materiálů

Rezistor

Rezistor je pasivní obvodový prvek určený k vytvoření určitého odporu a regulaci proudu. Rezistory mohou být pevné nebo variabilní. Pevné rezistory mají pevnou hodnotu odporu, zatímco proměnné rezistory (reostaty) umožňují měnit odpor.

Reostat

Reostat je typ proměnného odporu, který se používá k regulaci množství proudu v obvodu. Reostaty se používají v různých elektronických zařízeních k ovládání jasu světla, rychlosti otáčení motorů a dalších parametrů.

Sériové a paralelní spojení prvků

V praxi mohou být součásti elektrického obvodu (nebo elektronického obvodu) zapojeny sériově nebo paralelně. V prvním případě jsou umístěny podél jedné cesty, ve druhém – podél několika cest. A v každém z těchto případů existují specifické rysy výpočtu základních ukazatelů: napětí, proud a odpor.

Sériové zapojení: Prvky se zapojují jeden po druhém a všemi prvky protéká celkový proud. V tomto případě je celkový odpor obvodu roven součtu odporů všech prvků: Rtot=R1+R2+R3+…

Paralelní zapojení: prvky jsou zapojeny tak, že napětí na všech prvcích je stejné a celkový proud je rozdělen mezi prvky. V tomto případě se celkový odpor obvodu vypočítá pomocí vzorce: 1/Rtot=1/R1+1/R2+1/R3

Integrální a diferenciální formy práva

Integrální tvar: Ohmův zákon v integrálním tvaru je vyjádřen rovnicí: I=U/R

Diferenciální forma: Pro distribuované systémy, jako jsou polovodičové materiály, má Ohmův zákon diferenciální formu: J=σ/E, kde J je hustota proudu, σ je vodivost a E je síla elektrického pole.

Příklady a úkoly

Úloha: Vypočítejte proud ve vodiči o odporu 10 Ω při napětí 5 V.
Řešení: I=U/R=5 V/10 Ω=0.5 A

Úkol: Určete odpor obvodu, je-li proud 12 A při napětí 2 V.
Řešení: R=U/I=12 V/2 A=6 Ω

Úkol: Na úseku obvodu o napětí 24 V a odporu 4 Ω určete sílu proudu a nakreslete schéma obvodu.
Řešení: I=U/R=24 V/4 Ω=6 A
Schéma zapojení: jednoduchý vodič se zdrojem napětí a rezistorem.

Otázky a odpovědi

Co se stane s proudem, když se odpor zdvojnásobí při konstantním napětí?

Síla proudu se sníží na polovinu, protože síla proudu je nepřímo úměrná odporu.

Jak se změní napětí na koncích vodiče, pokud jeho odpor zůstane konstantní a proud se zvýší?

Napětí na koncích vodiče se bude zvyšovat úměrně proudu, protože napětí je přímo úměrné proudu při konstantním odporu.

K čemu se používají rezistory v elektrických obvodech?

Rezistory se používají k regulaci proudu, distribuci napětí a ochraně součástí obvodu před přetížením.

Jaký je rozdíl mezi sekvenčním připojením prvků a paralelním připojením?

V sériovém zapojení jsou prvky zapojeny jeden po druhém a všemi prvky protéká celkový proud. V paralelním zapojení jsou prvky zapojeny tak, že napětí na všech prvcích je stejné a celkový proud je rozdělen mezi prvky.

Co se stane s proudem, když se odpor zdvojnásobí při konstantním napětí?

Síla proudu se sníží na polovinu.

Jak se změní napětí na koncích vodiče, pokud jeho odpor zůstane konstantní a proud se zvýší?

Napětí na koncích vodiče se bude zvyšovat úměrně s proudem.

Závěr

Ohmův zákon je klíčový princip ve fyzice a elektrotechnice, který umožňuje inženýrům a vědcům analyzovat a navrhovat elektrické obvody. Pochopení Ohmova zákona a jeho aplikací pomáhá při řešení praktických problémů a vývoji moderních elektronických zařízení. Tento zákon zůstává aktuální i v naší době a je základem mnoha technických řešení a vědeckého výzkumu.

Děkujeme, že jste si přečetli náš článek! Pokud se vám to líbilo, můžete to sdílet na sociálních sítích: