Ohmov zákon dal nemecký fyzik Georg Simon Ohm . Uvádza vzťah medzi prúdom, odporom a napätím v elektrickom obvode. Tento vzťah medzi prúdom I, napätím V a odporom R uviedol slávny nemecký vedec Georg Simon Ohm v roku 1827. Pri vykonávaní svojho experimentu zistil, že súčin prúdu pretekajúceho vodičom a odporu vodiča určuje pokles napätia ten vodič v obvode.

V tomto článku podrobne preskúmame koncept Ohmovho zákona vrátane všetkých tém uvedených v nasledujúcom obsahu.

Definícia Ohmovho zákona

Ohmov zákon hovorí, že napätie na vodiči je priamo úmerné prúdu, ktorý ním prechádza, za predpokladu, že všetky fyzikálne podmienky a teploty zostanú konštantné.

Podľa Ohmovho zákona je teda prúd pretekajúci vodičom priamo úmerný napätiu v obvode, t.j. V∝ I. Keďže Ohmov zákon poskytuje základný vzťah medzi aplikovaným napätím a prúdom cez vodič, považuje sa za základný zákon, ktorý nám pomáha pri riešení elektrického obvodu. Ohmov zákon hovorí, že prúd sleduje lineárny vzťah s napätím.

Vysvetlenie Ohmovho zákona

Ohmov zákon je jedným zo základných zákonov elektrostatiky, ktorý uvádza, že napätie na akomkoľvek vodiči je priamo úmerné prúdu tečúceho týmto vodičom. Túto podmienku môžeme definovať ako,

V∝ I

Odstránenie znaku proporcionality,

V = RI

kde R je konštanta úmernosti a nazýva sa Odpor materiálu. Odolnosť materiálu sa vypočíta takto:

R = V/I

Odpor sa meria v ohmoch. Označuje sa symbolom Ω.

Vzorec Ohmovho zákona

Za podmienky, že všetky fyzikálne parametre a teploty zostanú konštantné, Ohmov zákon uvádza, že napätie na vodiči je priamo úmerné prúdu, ktorý ním prechádza.

Ohmov zákon je vyjadrený takto:

V∝ I

ALEBO

V = I × R

Kde,

• R je konštanta proporcionality známa ako odpor,
• V je použité napätie a
• ja je prúd pretekajúci elektrickým obvodom.

Vyššie uvedený vzorec je možné zmeniť na výpočet prúdu a odporu aj takto:

Podľa Ohmovho zákona je prúd pretekajúci vodičom,

I = V/R

Podobne odpor možno definovať ako

R = V/I

Graf Ohmovho zákona

Ohmov zákon platí, keď sú fyzikálne podmienky ako teplota a iné konštantné. Je to spôsobené tým, že prúd pretekajúci obvodom sa mení zmenou teploty. Preto v takých prípadoch, keď do hry vstupujú fyzikálne faktory, ako je teplota, Ohmov zákon porušuje. Napríklad v prípade žiarovky, kde sa teplota zvýši, keď sa zvýši prúd, ktorý ňou preteká. Tu sa Ohmov zákon neriadi.

Graf pre ohmický obvod je diskutovaný na obrázku nižšie,

Graf Ohmovho zákona

Jednotka Ohmovho zákona

Existujú tri fyzikálne veličiny, ktoré sú spojené s Ohmovým zákonom, ktoré zahŕňajú,

• Aktuálne
• Napätie
• Odpor

Tabuľka pridaná nižšie zobrazuje rôzne symboly a ich jednotky.

Rovnice Ohmovho zákona

Ohmov zákon poskytuje tri rovnice, ktoré sú:

• V = I × R
• I = V/R
• R = V/I

Kde,

• V je napätie,
• ja je aktuálny a
• R je odpor.

Vzťah medzi napätím, prúdom a odporom: Ohmov zákon

Vzťah medzi napätím, prúdom a odporom možno ľahko študovať pomocou vzorca,

V = IR

Kde,

• V je napätie,
• ja je odpor a
• R je odpor.

Tento vzorec môžeme študovať pomocou tabuľky uvedenej nižšie,

Ohmov trojuholník zákona

Ohmov trojuholník je vizuálna reprezentácia na pochopenie a učenie sa vzťahu Ohmovho zákona medzi napätím, prúdom a odporom. Tento nástroj pomáha inžinierom zapamätať si poradie vzťahu medzi tromi hlavnými aspektmi: prúd (I), napätie (V) a odpor (R).

Ohmov zákonný trojuholník

Vektorová forma Ohmovho zákona

Vzťah medzi prúdom a napätím je stanovený Ohmovým zákonom a jeho vektorová forma je,

znak na reťazec

Kde,

• je vektor aktuálnej hustoty,
• je vektor elektrického poľa a
• p je vodivosť materiálu.

Odpor

Prekážka, ktorej čelia elektróny pri pohybe v akomkoľvek materiáli, sa nazýva rezistivita materiálu.

Nech rezistor s dĺžkou „l“ a plochou prierezu „A“ má odpor R. Potom vieme,

Odpor je priamo úmerný dĺžke rezistora, t.j. R ∝ l, . . .(1)

Odpor je nepriamo úmerný ploche prierezu rezistora, t.j. R ∝ 1/A . . .(2)

kombinovanie ekv. (1) a rov. (2)

R = ρl/A

Kde r je konštanta úmernosti nazývaná koeficient odporu alebo rezistivita.

Teraz, ak L = 1 m a A = 1 m², vo vyššie uvedenom vzorci dostaneme,

R = p

To znamená pre rezistor dĺžky 1 m a prierezu 1 m²odpor sa nazýva rezistivita materiálu.

Experimentálne overenie Ohmovho zákona

Overenie Ohmovho zákona sa dosiahne vykonaním nasledujúceho experimentu.

Vyžaduje sa prístroj

Prístroj potrebný na vykonanie experimentu na overenie Ohmovho zákona je,

• Rezistor
• Ampérmeter
• Voltmeter
• Batéria
• Zásuvný kľúč
• Reostat

Schéma obvodu

Schéma zapojenia pre experimentálne overenie Ohmovho zákona je uvedená v schéme nižšie,

Schéma obvodu Ohmovho zákona

Postup

Postup experimentálneho overenia Ohmovho zákona je uvedený nižšie:

• Kľúč K sa na začiatku zatvorí a reostat sa nastaví tak, aby údaj v ampérmetri A a voltmetri V bol minimálny.
• Prúd sa potom v obvode zvyšuje nastavením reostatu a zaznamenáva sa prúd pri rôznych hodnotách reostatu a ich príslušné napätie.
• Teraz pre rôzne hodnoty napätia (V) a prúdu (I) a potom vypočítajte pomer V / I.
• Po výpočte všetkých pomerov V/I pre rôzne hodnoty napätia a prúdu si všimneme, že hodnota je takmer konštantná.
• Teraz vynesením grafu prúdu oproti potenciálnemu rozdielu dostaneme priamku. To ukazuje, že prúd je priamo úmerný potenciálnemu rozdielu a jeho sklon je odpor drôtu.

Koláčový graf Ohmovho zákona

Aby sme lepšie porozumeli vzťahu medzi rôznymi parametrami, môžeme vziať všetky rovnice použité na nájdenie napätia, prúdu, odporu a výkonu a zhustiť ich do jednoduchého koláčového grafu Ohmovho zákona, ako je uvedené nižšie:

Koláčový graf Ohmovho zákona

Maticová tabuľka Ohmovho zákona

Podobne ako vyššie uvedený graf Ohmovho zákona, môžeme jednotlivé rovnice Ohmovho zákona kondenzovať do jednoduchej maticovej tabuľky, ako je znázornené nižšie, pre jednoduchú orientáciu pri výpočte neznámej hodnoty.

Maticová tabuľka Ohmových zákonov

Aplikácia Ohmovho zákona

Keď sú známe ďalšie dve čísla, Ohmov zákon sa môže použiť na určenie napätia, prúdu, impedancie alebo odporu lineárneho elektrického obvodu.

Hlavné aplikácie Ohmovho zákona:

• Zjednodušuje tiež výpočty výkonu.
• Na udržanie požadovaného poklesu napätia medzi elektrickými komponentmi sa používa Ohmov zákon.
• Musí sa určiť napätie, odpor alebo prúd elektrického obvodu.
• Ohmov zákon sa používa aj na presmerovanie prúdu v DC ampérmetroch a iných DC bočníkoch.

Ako vytvoriť vzťah medzi prúdom a napätím?

Pomer V ⁄ I zostáva konštantný pre daný odpor pri vytváraní spojenia medzi prúdom a napätím, preto musí byť graf rozdielu potenciálu (V) a prúdu (I) priamka.

Ako môžeme zistiť neznáme hodnoty odporu?

Konštantný pomer určuje neznáme hodnoty odporu. Odpor drôtu s rovnomerným prierezom závisí od dĺžky (L) a plochy prierezu (A). Tiež závisí od teploty vodiča.

Odpor pri danej teplote,

R = ρ L⁄ A

kde,
r je špecifický odpor alebo rezistivita a je charakteristikou materiálu drôtu.

Špecifický odpor alebo rezistivita drôteného materiálu je,

ρ = RA ⁄ L

Výpočet elektrického výkonu pomocou Ohmovho zákona

Elektrickú energiu definujeme ako výkon, ktorý elektrické náboje potrebujú na vykonávanie rôznych prác. Miera spotreby elektrickej energie sa nazýva elektrická energia. Jednotkou merania elektrického výkonu je watt. Pomocou Ohmovho zákona môžeme ľahko nájsť výkon elektrického obvodu. Vzorec na výpočet elektrickej energie je,

P = VI

Kde,

P je výkon obvodu, V je napätie v obvode a I je prúd prechádzajúci obvodom.

Vieme, že pomocou Ohmovho zákona

V = IR

Pomocou mocenského vzorca, ktorý dostaneme,

P = V²/R

P = I²R

Obmedzenia Ohmovho zákona

Rôzne obmedzenia Ohmovho zákona sú,

• Ohmov zákon neplatí pre jednostranné siete. V jednostranných sieťach môže prúd prúdiť iba jedným smerom. V týchto druhoch sietí sa používajú diódy, tranzistory a iné elektronické komponenty.
• Nelineárne komponenty sú tiež vyňaté z Ohmovho zákona. Nelineárne komponenty majú prúd, ktorý nie je úmerný použitému napätiu, čo znamená, že hodnota odporu týchto prvkov sa mení v závislosti od napätia a prúdu. Tyristor je príkladom nelineárneho prvku.

Analógia Ohmovho zákona

V minulosti boli uvedené rôzne analógie na vysvetlenie Ohmovho zákona, niektoré z najbežnejších analógií sú:

• Analógia vodného potrubia
• Analógia teploty

Poďme diskutovať o týchto analógiách podrobne.

Analógia vodného potrubia pre Ohmov zákon

Vieme, že prúd prechádzajúci akýmkoľvek obvodom závisí od použitého napätia a odporu obvodu. Ale môžeme vidieť prúd pretekajúci obvodom, aby sme to lepšie pochopili, používame analógiu vodnej fajky, v ktorej tečúca voda predstavuje prúd a pomocou tohto konceptu môžeme pochopiť Ohmov zákon.

Voda pretekajúca potrubím je podobná prúdu, ktorý preteká elektrickým obvodom. Vieme, že v elektrickom obvode je napätie potrebné na pohyb prúdu v obvode rovnakým spôsobom. Tlak v systéme vodovodného potrubia umožňuje ľahké prúdenie vody v systéme.

Ak sa tlak zvýši, potrubím preteká viac vody, čo sa podobá Ohmovmu zákonu, ktorý hovorí, že ak sa zvýši napätie, cez elektrický obvod preteká viac prúdu.

java reťazec na booleovskú hodnotu

Analógia teploty

Podobne možno teplotný obvod prirovnať k ohmickému vodiču. Teplotný gradient tu funguje podobne ako napätie a tepelný tok funguje podobne ako prúd.

Čítaj viac,

• Odpor
• Faktory ovplyvňujúce odpor
• Vlastná indukčnosť

Vyriešené príklady Ohmovho zákona

Príklad 1: Nájdite odpor elektrického obvodu s napätím 15 V a prúdom 3 mA.

Riešenie:

Vzhľadom na to:

V = 15 V,

I = 3 mA = 0,003 A

Odpor elektrického obvodu je daný ako:

⇒ R = V / I

⇒ R = 15 V / 0,003 A
⇒ R = 5000 Ω
⇒ R = 5 kΩ

Preto je odpor elektrického obvodu 5 kΩ .

Príklad 2: Ak je odpor elektrickej žehličky 10 Ω a cez odpor preteká prúd 6 A. Nájdite napätie medzi dvoma bodmi.

Riešenie:

Vzhľadom na to:

I = 6 A, R = 10 Ω

Vzorec na výpočet napätia je nasledujúci:

V = I × R

⇒ V = 6 A × 10 Ω
⇒ V = 60 V

Preto je napätie medzi dvoma bodmi 60 V .

Príklad 3: Nájdite prúd prechádzajúci vodičom s hodnotou 20 voltov, keď je ním odoberaný výkon 60 wattov.

Riešenie:

Podľa Ohmovho P = VI

Dané P = 60 wattov, V = 20 voltov

⇒ I = P/V
⇒ I = 60/20
⇒ I = 3 A

Preto prúd pretekajúci vodičom je 3 A

Príklad 4: K žiarovke s odporom 4 Ω je pripojená batéria 6 V. Nájdite prúd prechádzajúci žiarovkou a výkon obvodu.

Riešenie:

Vzhľadom na to,
V=6V
R = 4 Ω

My to vieme,

V = IR (Ohmov zákon)

⇒ 6 = 4R

⇒ I = 6 ÷ 4 = 1,5 A

⇒ I = 1,5 A

Prúd pretekajúci žiarovkou je teda 1,5 A

Pre výkon obvodu

P = VI

⇒ P = (6) (1,5)

⇒ P = 9 wattov

Výkon obvodu je teda 9 wattov.

Časté otázky o Ohmovom zákone

Q1: Čo je Ohmov zákon?

odpoveď:

Podľa Ohmovho zákona je prúd prechádzajúci vodičom priamo úmerný potenciálnemu rozdielu na konci vodiča, ak sa teplota a iné fyzikálne podmienky nezmenia.

Otázka 2: Kto objavil Ohmov zákon?

odpoveď:

Nemecký fyzik Georg Simon Ohm ako prvý vysvetlil Ohmov zákon. Uviedol, že prúd prechádzajúci vodičom je priamo úmerný použitému napätiu.

Otázka 3: Je Ohmov zákon univerzálne použiteľný?

odpoveď:

No Ohmov zákon nie je univerzálnym zákonom, pretože sa nevzťahuje na všetky elektrické obvody.

• Obvody, ktoré dodržiavajú Ohmov zákon, sa nazývajú Ohmický obvod
• Obvody, ktoré sa neriadia Ohmovým zákonom, sa nazývajú neohmický obvod

Otázka 4: Kedy bol objavený Ohmov zákon?

odpoveď:

Ohmov zákon prvýkrát uviedol Georg Simon Ohm vo svojej knihe The Galvanic Chain, Mathematically Edited v roku 1827.

Q5: Čo je to jednotka odporu?

odpoveď:

Jednotkou odporu SI je Ohm. Označuje sa Ω.

vek ankita lokhande

Otázka 6: Aký je rozmerový vzorec pre odpor?

odpoveď:

Rozmerový vzorec pre odpor je [M¹L²T^-3ja^-2]

Otázka 7: Prečo sa Ohmov zákon nevzťahuje na polovodiče?

odpoveď:

Polovodičové zariadenia sú svojou povahou nelineárne, vďaka čomu sa na ne nevzťahuje Ohmov zákon. To znamená, že pomer napätia k prúdu nezostáva konštantný, keď sa napätie mení.

Otázka 8: Kedy zlyhá Ohmov zákon?

odpoveď:

Správanie polovodičov a jednostranných zariadení, ako sú diódy, definuje Ohmov zákon. Ak fyzikálne faktory, ako je teplota a tlak, nie sú udržiavané konštantné, Ohmov zákon nemusí poskytnúť zamýšľané účinky.