Profesionální elektrikář nebo specialista na elektroniku nemůže ve své vlastní činnosti obejít Ohmův zákon a vyřešit jakékoli problémy související s nastavením, seřízením a opravou elektronických a elektrických obvodů.
Ve skutečnosti musí každý tento zákon pochopit. Protože s elektřinou se v běžném životě musí potýkat každý.
A přestože je Ohmův zákon německého fyzika zahrnut ve středoškolských osnovách, v praxi není vždy studován včas. Proto v našem materiálu zvážíme takové relevantní téma pro život a pochopíme možnosti psaní vzorce.
Jednodílný a kompletní elektrický obvod
Vzhledem k elektrickému obvodu z hlediska aplikace Ohmova zákona na obvod je třeba poznamenat dvě možné možnosti výpočtu: pro samostatný úsek a pro plnohodnotný obvod.
Výpočet proudu úsekem elektrického obvodu
Část elektrického obvodu je zpravidla považována za část obvodu, která vylučuje zdroj EMF, protože má další vnitřní odpor.
Výpočtový vzorec proto v tomto případě vypadá jednoduše:
I = U/R,
Výklad vzorce je jednoduchý – proud protékající určitou částí obvodu je úměrný napětí, které je na něj aplikováno, a odpor je nepřímo úměrný.
Takzvaná grafická „sedmikráska“, jejímž prostřednictvím je prezentován celý soubor variací formulací založených na Ohmově zákoně. Praktický nástroj pro kapesní uložení: sektor „P“ – výkonové vzorce; sektor „U“ – vzorce napětí; sektor „I“ – aktuální vzorce; sektor „R“ – vzorce odporu
Vzorec tedy jasně popisuje závislost průtoku proudu samostatným úsekem elektrického obvodu vzhledem k určitým hodnotám napětí a odporu.
Vzorec je vhodné použít například při výpočtu parametrů odporu, který je potřeba připájet do obvodu, pokud je udáno napětí a proud.
Ohmův zákon a dva důsledky, které musí znát každý profesionální elektromechanik, elektrotechnik, elektronik a kdokoli, kdo se zabývá provozem elektrických obvodů. Zleva doprava: 1 – určení proudu; 2 – stanovení odporu; 3 – definice napětí, kde I – proud, U – napětí, R – odpor
Výše uvedený obrázek pomůže určit například proud procházející 10ohmovým odporem, na který je přivedeno napětí 12 voltů. Dosazením hodnot zjistíme – I = 12 / 10 = 1.2 ampéru.
Problémy s nalezením odporu (když je znám proud a napětí) nebo napětí (když jsou známé napětí a proud) jsou řešeny podobným způsobem.
Vždy si tak můžete zvolit požadované provozní napětí, požadovanou intenzitu proudu a optimální odporový prvek.
Vzorec, který je navržen pro použití, nevyžaduje zohlednění parametrů zdroje napětí. Obvod obsahující například baterii však bude vypočítán pomocí jiného vzorce. Ve schématu: A – zapnutí ampérmetru; V – zapněte voltmetr.
Mimochodem, spojovací vodiče jakéhokoli obvodu jsou odpory. Velikost zátěže, kterou musí nést, je určena napětím.
V souladu s tím, opět pomocí Ohmova zákona, je možné přesně vybrat požadovaný průřez vodiče v závislosti na materiálu jádra.
Na našich webových stránkách máme podrobné pokyny pro výpočet průřezu kabelu na základě výkonu a proudu.
Možnost výpočtu pro kompletní řetěz
Kompletní obvod se skládá z části (sekcí) a také ze zdroje EMF. To znamená, že ve skutečnosti je vnitřní odpor zdroje EMF přidán k existující odporové složce části obvodu.
Proto je logické mírně změnit výše uvedený vzorec:
I = U / (R + r)
Hodnotu vnitřního odporu EMF v Ohmově zákoně pro úplný elektrický obvod lze samozřejmě považovat za zanedbatelnou, i když tato hodnota odporu do značné míry závisí na struktuře zdroje EMF.
Při výpočtu složitých elektronických obvodů, elektrických obvodů s mnoha vodiči, je však důležitým faktorem přítomnost dodatečného odporu.
Pro výpočty za podmínek kompletního elektrického obvodu se vždy bere v úvahu odporová hodnota zdroje EMF. Tato hodnota je sečtena s odporovým odporem samotného elektrického obvodu. V diagramu: I – tok proudu; R – vnější odporový prvek; r je odporový faktor EMF (zdroj energie)
Jak pro část obvodu, tak pro celý obvod by se měl vzít v úvahu přirozený moment – použití konstantního nebo proměnného proudu.
Pokud byly výše uvedené body, charakteristické pro Ohmův zákon, zvažovány z hlediska použití stejnosměrného proudu, podle toho se střídavým proudem vše vypadá poněkud jinak.
Úvaha o vlivu zákona na proměnnou veličinu
Pojem „odpor“ vůči podmínkám procházejícího střídavého proudu by měl být považován spíše za pojem „impedance“. To se týká kombinace odporové zátěže (Ra) a zátěže jalového odporu (Rr).
Takové jevy jsou způsobeny parametry indukčních prvků a zákony spínání ve vztahu k proměnné hodnotě napětí – sinusové hodnotě proudu.
Jedná se o ekvivalentní obvod střídavého elektrického obvodu pro výpočet pomocí formulací založených na principech Ohmova zákona: R – odporová složka; C je kapacitní složka; L – indukční součástka; EMF je zdrojem energie; I – tok proudu
Jinými slovy, dochází k vlivu hodnot proudu (zpoždění) od hodnot napětí, což je doprovázeno výskytem aktivních (odporových) a jalových (indukčních nebo kapacitních) výkonů.
Takové jevy se vypočítají pomocí vzorce:
Z=U/I nebo Z = R + J* (XL – XC)
kde: Z – impedance; R – aktivní zátěž; XL , XC – indukční a kapacitní zátěž; J – koeficient.
Sériové a paralelní spojení prvků
Pro prvky elektrického obvodu (část obvodu) je charakteristickým bodem sériové nebo paralelní zapojení.
V souladu s tím je každý typ připojení doprovázen odlišným vzorem toku proudu a napájecího napětí. V tomto ohledu je také Ohmův zákon aplikován odlišně v závislosti na možnosti zahrnutí prvků.
Obvod sériově zapojených odporových prvků
Ve vztahu k sériovému zapojení (část obvodu se dvěma součástmi) se používá následující formulace:
Tato formulace jasně ukazuje, že bez ohledu na počet odporových součástek zapojených do série se proud protékající částí obvodu nemění.
Zapojení odporových prvků v části obvodu do série mezi sebou. Tato možnost má svůj vlastní výpočetní zákon. V diagramu: I, I1, I2 – tok proudu; R1, R2 – odporové prvky; U, U1, U2 – přiložené napětí
Velikost napětí aplikovaného na efektivní odporové složky obvodu je součtem a součtem hodnoty zdroje emf.
V tomto případě je napětí na každé jednotlivé součástce rovno: Ux = I * Rx.
Celkový odpor by měl být považován za součet hodnot všech odporových součástí v obvodu.
Obvod paralelně zapojených odporových prvků
V případě, že dojde k paralelnímu zapojení odporových součástek, je následující formulace považována za spravedlivou ve vztahu k zákonu německého fyzika Ohma:
Nejsou vyloučeny možnosti pro vytvoření obvodových úseků „smíšeného“ typu, když se používají paralelní a sériové připojení.
Zapojení odporových prvků na části obvodu vzájemně paralelně. Pro tuto možnost platí jiný výpočetní zákon. V diagramu: I, I1, I2 – tok proudu; R1, R2 – odporové prvky; U je dodávané napětí; A, B – vstupní/výstupní body
U takových možností se výpočet obvykle provádí počátečním výpočtem jmenovitého odporu paralelního připojení. Potom se k získanému výsledku přičte hodnota rezistoru zapojeného do série.
Integrální a diferenciální formy práva
Všechny výše uvedené body s výpočty jsou použitelné pro podmínky, kdy jsou v elektrických obvodech použity vodiče takříkajíc „homogenní“ struktury.
Mezitím se v praxi často musíme zabývat konstrukcí schémat, kde se struktura vodičů mění v různých úsecích. Používají se například dráty většího průřezu nebo naopak menšího, vyrobené z různých materiálů.
Aby se vzaly v úvahu takové rozdíly, existuje variace takzvaného „diferenciálně-integrálního Ohmova zákona“. Pro nekonečně malý vodič se úroveň proudové hustoty vypočítá v závislosti na hodnotě napětí a vodivosti.
Pro výpočet rozdílu se používá následující vzorec: J = ό * E
Pro výpočet integrálu je tedy formulace: I * R = φ1 – φ2 + έ
Tyto příklady se však spíše blíží škole vyšší matematiky a v reálné praxi prostého elektrikáře se vlastně nepoužívají.
Závěry a užitečné video k tématu
Podrobný rozbor Ohmova zákona ve videu níže pomůže konečně upevnit znalosti v tomto směru.
Unikátní video lekce kvalitativně posiluje teoretickou písemnou prezentaci:
Práce elektrikáře nebo činnost elektrotechnika je nedílně spjata s okamžiky, kdy je skutečně třeba dodržovat zákon Georga Ohma v akci. To jsou jakési truismy, které by měl znát každý profesionál.
Nejsou vyžadovány rozsáhlé znalosti o této problematice – stačí se naučit tři hlavní varianty formulace, aby bylo možné ji úspěšně aplikovat v praxi.
Chtěli byste výše uvedený materiál doplnit cennými komentáři nebo vyjádřit svůj názor? Komentáře pište do bloku pod článkem. Máte-li jakékoli dotazy, neváhejte se zeptat našich odborníků.
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 síly proudu 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 tímto vodičem protéká proud rovný:
Tam mnemotechnické pravidlo pro zapamatování to zákon , který lze nazvat trojúhelníkem 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 to 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 intenzity proudu pomocí vzorce Ohmova zákona pro úsek obvodu. Začněme.
Ohmův zákon pro kompletní 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 sílu proudu 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.
