Fyzika je empirická věda. Jeho základní zákonitosti vyplývají z praktických zkušeností a často nemají dlouhé roky teoretické opodstatnění. Přesně to je případ hlavního zákona elektrotechniky, který v roce 1826 objevil vynikající německý vědec Georg Simon Ohm.
Elektrické jevy lidé pozorují stovky let. Ale mezi obviněním z opotřebovaného jantaru a bleskem nebyla žádná souvislost. Teprve na konci 1795. století se začala pečlivě zkoumat elektřina. V roce XNUMX Alessandro Volta vynalezl „voltaický sloup“, chemickou baterii, a objevil vzhled proudu ve vodiči spojujícím jeho póly. Oblasti použití elektřiny se rychle množily a byla naléhavá potřeba výpočtových vzorců pro inženýry. Mnoho vědců tento problém vyřešilo, ale byl to Georg Ohm, kdo jako první formuloval hlavní vzorec elektrotechniky. Zavedl pojem odporu a experimentálně stanovil vztah mezi hlavními charakteristikami elektrického obvodu.
Definice Ohmova zákona jednoduchými slovy
Elektrický obvod se skládá z dvoupólového zdroje napětí, tedy baterie, akumulátoru nebo generátoru. Pokud jsou póly zdroje spojeny dráty, pak jimi bude protékat elektrický proud. Jeho hodnota je určena odporem vodičů. Vizuální reprezentací této závislosti je běžný vodovodní systém. Analogem zdroje napětí je čerpadlo nebo vodárenská věž, která vytváří tlak v hlavním potrubí, množství vody procházející potrubím je druh proudu a kohoutek odpovídá odporu. Zcela otevřená neomezuje průtok, při zkroucení se vodní otvor zmenšuje, až se zcela uzavře.
Ohmův zákon pro část obvodu
Empiricky výzkumník stanovil vztah mezi charakteristikami elektrického obvodu. Klasická formulace Ohmova zákona je:
“Proud v části obvodu je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu.”
Vzorec Ohmova zákona pro úsek obvodu
Kde I je proud měřený v ampérech (A), U je napětí měřené ve voltech (V), R je odpor měřený v ohmech (ohmech).
Ohmův zákon je v této podobě prezentován ve školních učebnicích fyziky. Podle tohoto jednoduchého vzorce pro určení úrovně proudu ve vodiči stačí rozdělit napětí na jeho stranách určitým podmíněně konstantním koeficientem, to znamená odporem. Proč “podmíněně”? Protože hodnota odporu se může měnit v závislosti na teplotě. Proto, mimochodem, žárovky nejčastěji vyhoří při zapnutí. Odpor studené spirály je nižší než odpor vyhřáté, skok proudu při přivedení napětí způsobí její prudké roztažení a prasknutí. Ale pokud je tento moment překonán a vlákno přežije, pak se jeho odpor zvýší a proud je omezen. A například při teplotě kapalného helia odpor klesne na nulu a dojde k supravodivosti.
Ohmův zákon pro uzavřený úplný obvod
Předchozí formulace je vhodná pouze pro úsek obvodu, kde není zdroj vlastní elektromotorické síly. Ve skutečnosti proud teče v uzavřeném okruhu, kde je nutně baterie nebo generátor, který má svůj vnitřní odpor. Proto vzorec pro Ohmův zákon pro úplný obvod vypadá poněkud komplikovaněji
Vzorec Ohmova zákona pro uzavřený úplný obvod
Kde I je síla proudu měřená v ampérech (A), E je elektromotorická síla měřená ve voltech (V), R je odpor měřený v ohmech (Ohm), r je vnitřní odpor zdroje EMF.
Aplikace Ohmova zákona
Georg Ohm dal inženýrům prostředky k řešení problémů souvisejících s elektrickými obvody. Tepelná a osvětlovací zařízení, elektromotory, generátory, elektrické vedení, komunikační kabely se vypočítají na základě tohoto jednoduchého vzorce. Neexistuje oblast elektrotechniky, kde by nenašla uplatnění. I v radiotechnice se používá Ohmův zákon, ale v diferenciální podobě. „Všechno důmyslné je jednoduché,“ jak věřili Euripides, Leonardo da Vinci, Napoleon Bonaparte a Albert Einstein, nepochybní géniové. Ohmův zákon tuto pravdu zcela a zcela potvrzuje.
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.
Vzorec Ohmova zákona je napsán takto:
U – elektrické napětí (potenciální rozdíl), jednotka měření napětí – volt [V];
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:
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?
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.
