Ohmov zákon v jasnom jazyku

Referencia histórie

Rokom objavu je Ohmov zákon - 1826 nemeckého vedca Georga Om. Empiricky určil a opísal zákon o pomere prúdovej sily, napätia a typu vodiča. Neskôr sa ukázalo, že tretia zložka nie je nič iné ako odpor. Následne bol tento zákon pomenovaný na počesť objaviteľa, ale zákon sa naň neobmedzoval a jeho fyzické meno sa nazývalo jeho fyzická veľkosť ako pocta jeho práci.

Hodnota, v ktorej sa meria odpor, sa nazýva Georg Georg Ohm. Napríklad odpory majú dve hlavné charakteristiky: výkon vo wattoch a odpor - jednotka merania v ohmoch, kilo-ohmoch, megaohmoch atď.

Ohmov zákon pre reťazovú sekciu

Ohmov zákon pre časť obvodu sa môže použiť na opis elektrického obvodu, ktorý neobsahuje EMF. Toto je najjednoduchšia forma nahrávania. Vyzerá to takto:

I = U / R

Kde I je prúd, meraný v ampéroch, U je napätie vo voltoch, R je odpor v ohmoch.

Tento vzorec nám hovorí, že prúd je priamo úmerný napätiu a nepriamo úmerný odporu - toto je presná formulácia Ohmovho zákona. Fyzikálnym významom tohto vzorca je opísať závislosť prúdu cez časť obvodu so známym odporom a napätím.

Pozor!Tento vzorec platí pre jednosmerný prúd, pre striedavý prúd má malé rozdiely, k tomuto sa vrátime neskôr.

Okrem pomeru elektrických veličín nám táto forma hovorí, že graf prúdu proti napätiu v odpore je lineárny a je splnená rovnica funkcie:

f (x) = ky alebo f (u) = IR alebo f (u) = (1 / R) * I

Ohmov zákon pre obvodovú časť sa používa na výpočet odporu rezistora v obvodovej časti alebo na určenie prúdu cez odpor pri známom napätí a odpore. Napríklad máme rezistor R s odporom 6 ohmov, na jeho svorky sa privádza napätie 12 V. Musíte zistiť, aký prúd ním bude pretekať. Vypočítajte:

I = 12 V / 6 Ohmov = 2 A

Ideálny vodič nemá rezistenciu, avšak kvôli štruktúre molekúl látky, z ktorej pozostáva, má akékoľvek vodivé telo rezistenciu. To napríklad viedlo k prechodu z hliníkových na medené vodiče v domácich elektrických sieťach.Odpor medi (ohmy na meter dĺžky) je menší ako odpor hliníka. Preto sa medené drôty menej zahrievajú, vydržia veľké prúdy, čo znamená, že môžete použiť drôt s menším prierezom.

Ďalší príklad - špirály vykurovacích zariadení a odporov majú veľký odpor, pretože sú vyrobené z rôznych vysoko odolných kovov, ako je nichróm, kanálik atď. Keď sa nosiče náboja pohybujú vodičom, zrážajú sa s časticami v kryštálovej mriežke, v dôsledku čoho sa energia uvoľňuje vo forme tepla a vodič sa zahrieva. Čím viac prúdu - tým viac zrážok - viac vykurovania.

Aby sa znížilo zahrievanie, musí sa vodič skrátiť alebo sa musí zväčšiť jeho hrúbka (plocha prierezu). Tieto informácie možno písať ako vzorec:

R_drôt= ρ (L / S)

Kde ρ je odpor v Ohm * mm²/ m, L - dĺžka vm, S - plocha prierezu.

Ohmov zákon pre paralelný a sériový obvod

V závislosti od typu pripojenia sa pozoruje odlišná schéma prúdenia a distribúcie napätia. Pre časť sériového obvodu prvkov sa napätie, prúd a odpor nachádzajú podľa vzorca:

I = 11 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

To znamená, že rovnaký prúd tečie v obvode z ľubovoľného počtu sériovo zapojených prvkov. V tomto prípade je napätie použité na všetky prvky (súčet poklesov napätia) rovnaké ako výstupné napätie zdroja energie. Každý prvok má svoju vlastnú hodnotu napätia a závisí od sily prúdu a špecifického odporu:

U_e= I * R_prvok

Odpor obvodu pre paralelne spojené prvky sa vypočíta podľa vzorca:

I = 11 + I2

U = U1 = U2

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

V prípade zmiešanej zlúčeniny musí byť reťazec uvedený do ekvivalentnej formy. Napríklad, ak je jeden odpor pripojený k dvom paralelne zapojeným odporom, potom najskôr vypočítajte odpor paralelne zapojených odporov. Získate celkový odpor týchto dvoch rezistorov a stačí ich pridať do tretieho, ktorý je s nimi spojený v sérii.

Ohm zákon pre celú reťaz

Celý obvod vyžaduje zdroj energie. Ideálnym zdrojom energie je zariadenie, ktoré má jednu charakteristiku:

• napätie, ak je zdrojom EMF;
• aktuálna sila, ak je zdrojom prúdu;

Takýto zdroj energie je schopný dodávať akýkoľvek výkon s konštantnými výstupnými parametrami. Pri skutočnom napájaní existujú aj parametre, ako napríklad výkon a vnútorný odpor. V skutočnosti je interný odpor imaginárny odpor inštalovaný v sérii so zdrojom emf.

Vzorec Ohmovho zákona pre celý obvod vyzerá podobne, je však pridaný vnútorný odpor IP. Pre celý okruh napíšte:

I = ε / (R + r)

Kde ε je EMF vo voltoch, R je odpor záťaže, r je vnútorný odpor zdroja energie.

V skutočnosti je vnútorný odpor zlomkom Ohmu a pre galvanické zdroje sa výrazne zvyšuje. Pozorovali ste to, keď majú dve batérie (nové a vybité) rovnaké napätie, ale jedna z nich produkuje požadovaný prúd a funguje správne a druhá nefunguje, pretože pri najmenšom zaťažení klesá.

Ohmov zákon v diferenciálnej a integrálnej podobe

Pre homogénnu časť obvodu platia vyššie uvedené vzorce, pre nehomogénny vodič je potrebné ho rozdeliť na čo najkratšie segmenty, aby sa v tomto segmente minimalizovali zmeny jeho rozmerov. Toto sa nazýva Ohmov zákon v diferenciálnej podobe.

Inými slovami: prúdová hustota je priamo úmerná sile a vodivosti nekonečne malej časti vodiča.

V integrálnej podobe:

Ohmov zákon pre AC

Pri výpočte striedavých obvodov sa namiesto pojmu odpor zavádza pojem „impedancia“. Impedancia je označená písmenom Z, zahŕňa zaťaženie R a reaktanciu X (alebo R_r).Je to kvôli tvaru sínusového prúdu (a prúdov akýchkoľvek iných foriem) a parametrom indukčných prvkov, ako aj zákonom o prepínaní:

1. Prúd v obvode s indukčnosťou sa nemôže okamžite zmeniť.
2. Napätie v obvode s kapacitanciou sa nemôže okamžite zmeniť.

Prúd teda začína zaostávať alebo je pred napätím a celkový výkon je rozdelený na aktívny a reaktívny.

U = I * Z

X_L a X_C Sú reaktívne zložky záťaže.

V tejto súvislosti sa zavádza hodnota cos Φ:

Tu je Q jalový výkon spôsobený striedavými prúdmi a induktívne kapacitnými zložkami, P je činný výkon (pridelený aktívnym zložkám), S je zdanlivý výkon, cos Φ je účinník.

Možno ste si všimli, že vzorec a jeho reprezentácia sa pretínajú s Pytagorovou vetou. Toto je pravda a uhol Ф závisí od toho, aký veľký je reaktívny komponent záťaže - čím viac je, tým väčší je. V praxi to vedie k tomu, že aktuálny prúd v sieti je väčší, ako ten, ktorý zohľadňuje merač spotreby v domácnosti, zatiaľ čo podniky platia za plný výkon.

V tomto prípade je odpor prezentovaný v komplexnej forme:

Tu j je imaginárna jednotka, ktorá je typická pre zložitú formu rovníc. Menej často sa označuje ako i, ale v elektrotechnike je uvedená účinná hodnota striedavého prúdu, preto je lepšie používať j, aby nedošlo k zámene.

Imaginárna jednotka je √-1. Je logické, že pri porovnávaní neexistuje také číslo, ktoré môže mať za následok negatívny výsledok "-1".

Ako si zapamätať Ohmov zákon

Ak si chcete zapamätať Ohmov zákon, môžete si zapamätať znenie jednoduchých slov, ako napríklad:

Čím väčšie napätie - tým väčší prúd, tým väčší odpor - tým menší prúd.

Alebo použite mnemotechnické obrázky a pravidlá. Prvým je znázornenie Ohmovho zákona vo forme pyramídy - stručne a jasne.

Mnemotechnické pravidlo je zjednodušený pohľad na koncept, pre jeho jednoduché a ľahké porozumenie a štúdium. Môže byť verbálne alebo graficky. Ak chcete nájsť správny vzorec správne, prstom zatvorte požadovanú hodnotu a získajte odpoveď vo forme práce alebo kvocientu. Funguje to takto:

Druhým je karikatúrny výkon. Tu je znázornené: čím viac sa Ohm pokúša, tým ťažšie prechádza Ampér a tým viac Voltov - tým ľahšie prechádza Ampér.

Nakoniec vám odporúčame pozerať sa na užitočné video, ktoré vysvetľuje Ohmov zákon a jeho aplikáciu jednoduchými slovami:

Ohmov zákon je jedným zo základných v elektrotechnike, bez jeho vedomia je väčšina výpočtov nemožná. A v každodennej práci sa často musí prekladať amperes kilowatts alebo odporom na určenie prúdu. Absolútne nie je potrebné pochopiť jeho záver a pôvod všetkých množstiev - ale konečné vzorce sa vyžadujú pre vývoj. Na záver chcem poznamenať, že medzi elektrikármi je staré príslovie:"Neviem Om - sedieť doma."A ak v každom vtipe existuje podiel pravdy, potom je tento podiel pravdy 100%. Naučte sa teoretické základy, ak sa chcete stať profesionálom v praxi, a ďalšie články z našich stránok vám s tým pomôžu.