Přednáška č. 6 – Ohmův zákon

Ohmův zákon, založený na experimentech, je základní zákon v elektrotechnice, který dává sílu elektrického proudu do vztahu k odporu a napětí.

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.

Ohmův zákon pro část obvodu

Přísná formulace Ohmova zákona lze napsat takto:

Síla proudu ve vodiči je přímo úměrná napětí na jeho koncích (potenciální rozdíl) a nepřímo úměrná odporu tohoto vodiče.

Vzorec Ohmova zákona se píše v následujícím tvaru:

I je síla proudu ve vodiči, jednotka měření 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:

Tam mnemotechnické pravidlo pro zapamatování to zákon , který lze nazvat trojúhelník Ohm . 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?

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 charakterizovat Ohmův zákon jednoduchými slovy, pak by jasně vypadal takto:

Z Ohmova zákona vyplývá, že je nebezpečné uzavírat klasickou osvětlovací síť vodičem s nízkým odporem. Proud bude tak silný, že může mít vážné následky.

1.1 výzva

Vypočítejte proud procházející měděným drátem o délce 100 m s plochou průřezu 0,5 mm 2, pokud je na konce drátu přivedeno napětí 12 V.

Úkol je jednoduchý, spočívá ve zjištění odporu měděného drátu a následném výpočtu proudové síly pomocí vzorce Ohmova zákona pro úsek obvodu. Začněme.

Ohmův zákon pro úplný obvod

Formulace Ohmův zákon pro úplný obvod – proudová síla je přímo úměrná součtu EMF obvodu a nepřímo úměrná součtu odporů zdroje a obvodu , kde E je emf, R je odpor obvodu, r je vnitřní odpor zdroje.

Zde mohou vzniknout otázky. Co je například EMF?

Elektromotorická síla je fyzikální veličina, která charakterizuje práci vnějších sil ve zdroji EMP. Například v běžné AA baterii je EMF chemická reakce, která způsobuje přesun náboje z jednoho pólu na druhý. Samotné slovo je elektrořízení znamená, že tato síla pohybuje nábojem.

Každý zdroj má vnitřní odpor r, záleží na parametrech samotného zdroje. V obvodu je také odpor R, záleží na parametrech samotného obvodu.

Vzorec pro Ohmův zákon pro úplný řetězec může být prezentován v jiné podobě. Totiž: EMF zdroje obvodu se rovná součtu úbytků napětí na zdroji a na vnějším obvodu.

Pro konsolidaci materiálu vyřešíme dva problémy pomocí vzorce Ohmův zákon pro úplný obvod .

2.1 výzva

Najděte proudovou sílu v obvodu, pokud je známo, že odpor obvodu je 11 Ohmů a zdroj k němu připojený má emf 12 V a vnitřní odpor 1 Ohm.

Nyní vyřešíme složitější problém.

2.2 výzva

Zdroj EMF je připojen k rezistoru s odporem 10 Ohmů pomocí měděného drátu o délce 1 m a ploše průřezu 1 mm2. Najděte aktuální sílu s vědomím, že emf zdroje je 12 V a vnitřní odpor je 1,9825 Ohmů.