Prawo Ohma dla odcinka obwodu
Podstawowym prawem elektrotechniki, którego można użyć do badania i obliczania obwodów elektrycznych, jest prawo Ohma, które określa związek między prądem, napięciem i rezystancją. Konieczne jest jasne zrozumienie jego istoty i umiejętność prawidłowego wykorzystania go w rozwiązywaniu praktycznych problemów. Błędy są często popełniane w elektrotechnice z powodu niemożności prawidłowego zastosowania prawa Ohma.
Prawo Ohma dla odcinka obwodu stanowi: prąd jest wprost proporcjonalny do napięcia i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji.
Jeśli napięcie działające w obwodzie elektrycznym wzrośnie kilka razy, prąd w tym obwodzie wzrośnie o tę samą wartość. A jeśli kilkakrotnie zwiększysz rezystancję obwodu, prąd zmniejszy się o tę samą wartość. Tak samo przepływ wody w rurze jest tym większy, im większe ciśnienie i mniejszy opór rury na ruch wody.
W popularnej formie prawo to można sformułować następująco: im wyższe napięcie przy tej samej rezystancji, tym większy prąd, a jednocześnie im wyższa rezystancja przy tym samym napięciu, tym mniejsze jest natężenie prądu.
Aby matematycznie wyrazić prawo Ohma w najprostszy możliwy sposób, przyjmuje się, że rezystancja przewodu, w którym płynie prąd o natężeniu 1 A przy napięciu 1 V, wynosi 1 om.
Natężenie prądu w amperach zawsze można określić, dzieląc napięcie w woltach przez rezystancję w omach. Dlatego prawo Ohma dla odcinka obwodu jest zapisane w następującym wzorze:
ja = U / R.
Magiczny trójkąt
Każdy odcinek lub element obwodu elektrycznego można scharakteryzować trzema cechami: prądem, napięciem i rezystancją.
Jak korzystać z trójkąta Ohma: zamykamy wymaganą wartość — dwa kolejne symbole dadzą wzór do jego obliczenia. Nawiasem mówiąc, tylko jeden wzór z trójkąta nazywa się prawem Ohma - ten, który odzwierciedla zależność prądu od napięcia i rezystancji. Pozostałe dwie formuły, chociaż są jej konsekwencjami, nie mają fizycznego sensu.
Obliczenia wykonane przy użyciu prawa Ohma dla odcinka obwodu będą poprawne, gdy napięcie będzie wyrażone w woltach, rezystancja w omach, a natężenie prądu w amperach. Jeśli stosuje się wiele jednostek tych wielkości (np. miliampery, miliwolty, megaomy itp.), należy je przeliczyć odpowiednio na ampery, wolty i omy. Aby to podkreślić, wzór prawa Ohma dla odcinka obwodu jest czasami zapisywany w następujący sposób:
amper = wolt / om
Możesz także obliczyć prąd w miliamperach i mikroamperach, podczas gdy napięcie powinno być wyrażone w woltach, a rezystancja odpowiednio w kiloomach i megomach.
Inne artykuły o elektryczności w prosty i przystępny sposób:
Czym są napięcie, prąd i rezystancja: jak są wykorzystywane w praktyce
Jak rezystancja zależy od temperatury
Źródła pola elektromagnetycznego i prądu: główne cechy i różnice
Co to jest zasilanie elektryczne?
Pole elektryczne i magnetyczne — jaka jest różnica?
Prawo Ohma obowiązuje dla każdej części obwodu. Jeżeli konieczne jest wyznaczenie prądu w danym odcinku obwodu, to należy podzielić napięcie działające w tym odcinku (rys. 1) przez rezystancję tego odcinka.
Rysunek 1. Zastosowanie prawa Ohma do odcinka obwodu
Podajmy przykład obliczania prądu zgodnie z prawem Ohma... Niech będzie wymagane określenie prądu w lampie o rezystancji 2,5 oma, jeśli napięcie przyłożone do lampy wynosi 5 V. Dzielenie 5 V przez 2,5 omów, otrzymamy wartość prądu równą 2 A. W drugim przykładzie wyznaczamy prąd, który popłynie pod wpływem napięcia 500 V w obwodzie, którego rezystancja wynosi 0,5 MΩ. Aby to zrobić, wyrażamy opór w omach. Dzieląc 500 V przez 500 000 omów, znajdujemy prąd w obwodzie, który wynosi 0,001 A lub 1 mA.
Często, znając prąd i rezystancję, napięcie określa się za pomocą prawa Ohma. Napiszmy wzór na wyznaczenie napięcia
U = IR
Ze wzoru wynika, że napięcie na końcach danego odcinka obwodu jest wprost proporcjonalne do natężenia prądu i rezystancji... Znaczenie tej zależności nie jest trudne do zrozumienia.Jeśli rezystancja odcinka obwodu nie zmienia się, prąd można zwiększyć tylko poprzez zwiększenie napięcia. Oznacza to, że przy stałym oporze większy prąd odpowiada większemu napięciu. Jeśli konieczne jest uzyskanie tego samego prądu przy różnych rezystancjach, to przy większej rezystancji musi być odpowiednio wyższe napięcie.
Napięcie na odcinku obwodu jest często określane jako spadek napięcia… Często prowadzi to do nieporozumień. Wiele osób uważa, że spadek napięcia to jakieś zmarnowane niepotrzebne napięcie. W rzeczywistości pojęcia napięcia i spadku napięcia są równoważne. Straty i spadki napięcia — jaka jest różnica?
Spadek napięcia to stopniowy spadek potencjału w obwodzie przewodzącym prąd ze względu na fakt, że obwód ma aktywną rezystancję. Zgodnie z prawem Ohma spadek napięcia w każdej sekcji obwodu U jest równy iloczynowi rezystancji tej sekcji obwodu R przez prąd w nim I, tj. U — RI. Zatem im większy opór odcinka obwodu, tym większy spadek napięcia w tym odcinku obwodu dla danego prądu.
Obliczenie napięcia zgodnego z prawem Ohma można przedstawić na poniższym przykładzie. Niech prąd 5 mA przepływa przez odcinek obwodu o rezystancji 10 kOhm i konieczne jest określenie napięcia w tej sekcji.
Mnożąc A = 0,005 A przy R — 10000 Ω, otrzymujemy napięcie równe 50 V. Ten sam wynik można uzyskać, mnożąc 5 mA przez 10 kΩ: U = 50 w
W urządzeniach elektronicznych prąd jest zwykle wyrażany w miliamperach, a rezystancja w kiloomach.Dlatego wygodnie jest używać dokładnie tych jednostek miary w obliczeniach zgodnie z prawem Ohma.
Prawo Ohma oblicza również rezystancję, jeśli znane jest napięcie i prąd. Formuła dla tego przypadku jest zapisana w następujący sposób: R = U / I.
Rezystancja jest zawsze stosunkiem napięcia do prądu. Jeśli napięcie zostanie zwiększone lub zmniejszone kilka razy, prąd wzrośnie lub zmniejszy się o tę samą liczbę razy. Stosunek napięcia do prądu równy rezystancji pozostaje niezmieniony.
Ze wzoru na określenie rezystancji nie należy rozumieć, że rezystancja danego przewodnika zależy od prądu i napięcia. Wiadomo, że zależy to od długości, pola przekroju poprzecznego i materiału drutu. Z wyglądu wzór na określenie rezystancji przypomina wzór na obliczenie prądu, ale jest między nimi zasadnicza różnica.
Prąd w danym odcinku obwodu naprawdę zależy od napięcia i rezystancji i zmienia się wraz ze zmianami. A rezystancja tego odcinka obwodu jest stałą wartością, która nie zależy od zmian napięcia i prądu, ale jest równa stosunkowi tych wartości.
Kiedy ten sam prąd płynie w dwóch odcinkach obwodu i przyłożone są do nich różne napięcia, jasne jest, że odcinek, do którego przyłożone jest większe napięcie, ma odpowiednio większy opór.
A jeśli pod działaniem tego samego napięcia inny prąd płynie w dwóch różnych sekcjach obwodu, to w tej sekcji zawsze będzie mniejszy prąd, który ma większy opór.Wszystko to wynika z podstawowego sformułowania prawa Ohma dla odcinka obwodu, czyli z faktu, że im większy prąd, tym większe napięcie i mniejszy opór.
Obliczenie rezystancji z prawa Ohma dla odcinka obwodu zostanie pokazane w następującym przykładzie Niech będzie wymagane znalezienie rezystancji odcinka, przez który przepływa prąd o natężeniu 50 mA przy napięciu 40 V. Wyrażanie natężenia prądu w amperach otrzymujemy I = 0,05 A. Podziel 40 przez 0,05 i dowiedz się, że rezystancja wynosi 800 omów.
Prawo Ohma można zobrazować w postaci tzw. charakterystyka prądowo-napięciowa... Jak wiadomo, wprost proporcjonalna zależność między dwiema wielkościami to linia prosta przechodząca przez początek. Ta zależność jest zwykle nazywana liniową.
na ryc. 2 pokazano jako przykładowy wykres prawa Ohma dla odcinka obwodu o rezystancji 100 omów. Oś pozioma to napięcie w woltach, a oś pionowa to prąd w amperach. Skalę prądu i napięcia można wybrać według potrzeb. Narysowano linię prostą w taki sposób, aby dla każdego jej punktu stosunek napięcia do prądu wynosił 100 omów. Na przykład, jeśli U = 50 V, to I = 0,5 A i R = 50: 0,5 = 100 omów.
Ryż. 2… Prawo Ohma (charakterystyka prądowo-napięciowa)
Wykres prawa Ohma dla ujemnych wartości prądu i napięcia jest taki sam. Oznacza to, że prąd w obwodzie płynie w ten sam sposób w obu kierunkach. Im większy opór, tym mniejszy prąd uzyskuje się przy danym napięciu i tym ostrożniej porusza się linia prosta.
Nazywa się urządzenia, w których charakterystyka prądowo-napięciowa jest linią prostą przechodzącą przez punkt początkowy, to znaczy rezystancja pozostaje stała, gdy zmienia się napięcie lub prąd urządzenia liniowe... Stosowane są również terminy obwody liniowe, rezystancje liniowe.
Istnieją również urządzenia, w których rezystancja zmienia się wraz ze zmianą napięcia lub prądu. Wtedy związek między prądem a napięciem jest wyrażany nie zgodnie z prawem Ohma, ale w bardziej złożony sposób. Dla takich urządzeń charakterystyka prądowo-napięciowa nie będzie linią prostą przechodzącą przez punkt początkowy, ale krzywą lub linią przerywaną. Urządzenia te nazywane są nieliniowymi.
Zobacz też w tym temacie: Zastosowanie prawa Ohma w praktyce
