Jak vypadá vzorec Ohmova zákona?

Existují vzorce a zákony, které se lidé učí ve škole, ale pamatují si je celý život. Obvykle se jedná o jednoduché rovnice, které se skládají ze dvou nebo tří fyzikálních veličin a vysvětlují některé základní věci ve vědě, základ základů. Ohmův zákon je přesně taková věc.

Ohmův zákon: kdo ho vymyslel, definice

Ohmův zákon je základní zákon elektrodynamiky, který vyvozuje vztah mezi klíčovými pojmy elektrického obvodu: proud, napětí a odpor.

Tuto vzájemnou závislost odhalil německý fyzik Georg Simon Ohm v roce 1826. Navzdory skutečnosti, že tento zákon je skutečným přírodním zákonem, jehož přesnost byla později mnohokrát testována a prokázána, zůstalo zveřejnění Ohmova díla v roce 1827 vědeckou komunitou bez povšimnutí. A teprve ve 1830. letech XNUMX. století, kdy francouzský fyzik Poulier dospěl ke stejným závěrům jako Ohm, byla práce německého vědce oceněna.

Stanovení vzorců mezi hlavními parametry elektrického obvodu má pro vědu velký význam. Ostatně umožnila kvantitativně měřit vlastnosti elektrického proudu.

Formulace a základní vzorce

Georg Ohmův zákon je formulován následovně: proud ve vodiči je přímo úměrný napětí ve vodiči a nepřímo úměrný odporu tohoto vodiče.

Vysvětlivky k zákonu:

1. Čím vyšší je napětí ve vodiči, tím vyšší bude proud v tomto vodiči.
2. Čím vyšší je odpor vodiče, tím menší proud v něm bude.

Označení hlavních parametrů charakterizujících elektrický obvod je každému známo z hodin fyziky ve škole:

• I – síla elektrického proudu;
• U je napětí;
• R – odpor.

Vysvětlení Ohmova zákona v klasické teorii

Vzorec zákona, známý všem již od školních let, vypadá takto:

Vzorce pro určení (U) se z něj snadno odvodí:

Jednotky pro měření proudu jsou ampéry, napětí jsou volty a odpor se měří v ohmech.

Tento zákon platí pro lineární úsek obvodu, kde je pevný odpor.

Ohmův zákon pro úplný (uzavřený) obvod

Elektrický obvod, kterým prochází elektrický proud, se nazývá uzavřený nebo úplný.

Popis vzorce tohoto zákona pro úplný řetězec vypadá takto:

kde (epsilon) je elektromotorická síla nebo napětí zdroje energie, které nezávisí na vnějším obvodu;

(R) — odpor vnějšího obvodu;

(r) je vnitřní odpor zdroje.

Použití Ohmova zákona v paralelním a sériovém zapojení

V sériovém zapojení jsou prvky obvodu zapojeny jeden po druhém do série. Protože takový elektrický obvod je nerozvětvený, bude síla proudu v každé sekci stejná. Příkladem sériového zapojení jsou žárovky v novoroční girlandě.

Při zapojování prvků do série se hlavní parametry elektrického obvodu vypočítají takto:

• Síla proudu podle vzorce:

Kde (I) je celková intenzita proudu v elektrickém obvodu, (I_1) je proudová síla první sekce, (I_2) je proudová síla druhé sekce, (I_3) je proudová síla třetí sekce.

• Napětí podle vzorce:

Kde (U) je celkové napětí, (U_1) je napětí první sekce, (U_2) je napětí druhé sekce, (U_3) je napětí třetí sekce.

• Odolnost podle vzorce:

Kde (R) je celkový odpor v obvodu, (R_1) je odpor první sekce, (R_2) je odpor druhé sekce, (R_3) je odpor třetí sekce.

Paralelním zapojením prvků do obvodu se získá rozvětvený elektrický obvod. Příkladem takového zapojení je standardní elektrický rozvod v bytě, kdy lze v místnosti zapnout více domácích spotřebičů a stropního osvětlení současně.

Při paralelním připojení prvků se hlavní parametry elektrického obvodu vypočítají takto:

Kde (I) je celkový proud v elektrickém obvodu, (I_1, I_2, I_3) je proudová síla první, druhé a třetí sekce.

Kde (U) je celkové napětí, (U_1, U_2, U_3) je napětí první, druhé a třetí sekce.

Kde (R) je celkový odpor v obvodu, (R_1, R_2, R_3) je odpor prvního, druhého a třetího úseku.

Ohmův zákon pro střídavý a stejnosměrný proud

Pro stejnosměrný obvod budou vztahy mezi hlavními parametry elektrického obvodu, které jsme již uvedli, správné:

Při připojení zdroje střídavého proudu k elektrickému obvodu bude síla elektrického proudu v obvodu určena vzorcem:

kde (Z) je celkový odpor nebo impedance, která se skládá z aktivní ((R)) a reaktivní složky ((X_C) je kapacitní odpor a (X_L) je indukční odpor).

Reaktance obvodu závisí na:

• na hodnotách reaktivních prvků,
• na frekvenci elektrického proudu;
• na tvaru proudu v obvodu.

Ohmův zákon pro homogenní a nehomogenní úseky řetězce

Ohmův zákon pro homogenní úsek elektrického obvodu je klasickým vyjádřením závislosti síly na napětí a odporu:

V tomto případě je hlavní charakteristikou vodiče odpor. Vzhled vodiče určuje, jak vypadá jeho krystalová mřížka a kolik atomů nečistot obsahuje. Chování elektronů, které mohou zrychlovat nebo zpomalovat, závisí na vodiči.

Proto (R) závisí na typu vodiče, přesněji na jeho průřezu, délce a materiálu a je určeno vzorcem:

kde (p) je měrný odpor, (l) je délka vodiče a (S) je jeho plocha průřezu.

Nestejnoměrným úsekem stejnosměrného obvodu rozumíme takovou mezeru v obvodu, na kterou kromě elektrických nábojů působí další síly.

Jak vidíte, zákon objevený Georgem Ohmem je jednoduchý jen na první pohled. Ne každý dokáže přijít na všechny zapeklitosti sám. Pokud narazíte na potíže s učením a obtížně srozumitelná témata, obraťte se na vzdělávací zdroj Phoenix.Help. Kvalifikovaní odborníci vám pomohou dokončit nejsložitější práci včas.

• Profesní a osobní rozvoj
• Sticky Science
• Příprava na testy, zkoušky, hodnocení

Provoz jednoduchých domácích zařízení a složitých průmyslových instalací je založen na základních fyzikálních principech, které vysvětlují, jak proud interaguje s okolním prostředím. Jeden z těchto zákonů se stal základem pro pochopení elektrických procesů. RBC Life společně s učiteli přišli na to, jak Ohmův zákon zní, v jakých oblastech se uplatňuje a jak s jeho pomocí řešit problémy.

Definice Ohmova zákona

Ohmův zákon je základní fyzikální zákon. Ukazuje vztah mezi proudem a napětím a zní takto: „Proud v části obvodu je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu.“ Zákon platí, když teplota a další ukazatele prostředí jsou konstantní [1].

Ohmův zákon je pojmenován po svém objeviteli, německém fyzikovi Georgu Ohmovi. Na počátku 1800. století prováděl experimenty s elektromagnetickou silou a tokem elektřiny přes dráty různých délek. Baterie v té době byly slabé a vybily se během pár minut, což vědci komplikovalo výzkum. Ale díky své vytrvalosti dokázal Om vyvodit důležité závěry. V roce 1827 je publikoval v brožuře Galvanic Circuits Treated Mathematically.

Vědecký svět chladně přijal práci fyzika; jeho kolegové ho nepodporovali. To byl důvod Ohmova propuštění z vysoké školy v Kolíně nad Rýnem. Každý rok posílal petice bavorskému králi, aby získal nové místo, a jen o šest let později, v roce 1833, se stal profesorem na polytechnické škole v Norimberku. V roce 1841 byl Ohm oceněn nejvyšším oceněním anglické královské společnosti, Copleyho medailí, za výzkum zákonů elektrických proudů [2].

Kolik existuje Ohmových zákonů?

Existují tři klíčové formulace Ohmova zákona:

1. Používá se pro výpočty v určité části obvodu: „Proud ve vodiči je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu.“
2. Uvažuje o celém obvodu jako o celku včetně zdroje: „V úplném elektrickém obvodu je síla proudu určena poměrem elektromotorické síly k celkovému součtu odporů: vnitřní odpor zdroje a vnější odpor obvod.“
3. Funguje pro uzavřený obvod: „Proud v uzavřeném obvodu se rovná poměru elektromotorické síly k celkovému součtu odporů obvodu, včetně odporu vnitřního zdroje a vnějších odporů.“

Ohmův zákon pro část obvodu

Síla proudu v části obvodu je přímo úměrná napětí a nepřímo úměrná odporu. Matematicky je zákon vyjádřen vzorcem: I = U/R.

Vymysleli říkanku pro studenty, která jim pomůže snadno si zapamatovat Ohmův zákon: „Každý inženýr zná současnou sílu U krát R.“ Vzorec pro Ohmův zákon pro úsek obvodu je napsán I = U/R (I – proud (ampéry), U – napětí (volty), R – odpor (ohmy)). Čím větší napětí, tím větší proud a čím větší odpor, tím menší proud.

Jevgenij Pavzděrin
Učitel fyziky na soukromé škole „School of May“, St. Petersburg

Matematický vztah mezi napětím, proudem a odporem je znázorněn pomocí Ohmova trojúhelníku. Nahoře je odpor a dole je proud a napětí.

Foto: Eirik / Public Domain / Wikipedia

Diagram, který vám pomůže zapamatovat si Ohmův zákon

Když mluvím o „magickém trojúhelníku“, požádám děti, aby zavřely oči a představily si bojový kruh, kde jsou dva hlavní konkurenti – proud I a odpor R. Čím větší odpor, tím menší proud a naopak. – čím větší proud, tím „slabší“ odpor. Třetím účastníkem souboje, který pouze pozoruje, je rozhodčí, tedy napětí U. Jak tento trojúhelník funguje? Pokud některou z fyzikálních veličin zakryjete rukou, hned vidíte vzorec, jak ji najít. Například skryjeme R, což znamená R = U/I. A tak dále.

Jevgenij Dokašenková
Učitel fyziky, Novosibirsk

Ohmův zákon platí pro výpočet proudů a napětí v jednoduchém obvodu nebo jeho samostatné části. Umožňuje vám například pochopit, kolik proudu bude protékat rezistorem při daném napětí. Ale takový vzorec nelze použít pro nelineární prvky (diody, tranzistory) [3].

Ohmův zákon pro úsek obvodu není univerzální, ale v mnoha případech funguje. Používá se k určení napětí, když jsou známy proud a odpor právě této sekce. Zákon nám říká, že napětí je přímo úměrné proudu a odporu, to znamená, že čím větší je odpor nebo proud, tím více musíte „stresovat“.

Jevgenij Dokašenková
Učitel fyziky, Novosibirsk

Ohmův zákon pro úplný obvod

Síla proudu v celém obvodu je rovna poměru elektromotorické síly (E) zdroje k součtu vnějších a vnitřních odporů: I = E/R + r.

Ohmův zákon pro úplný obvod popisuje, jak vypočítat proud protékající celým elektrickým obvodem, včetně vnějšího odporu ® a odporu vnitřního zdroje ®. Používá se pro výpočty obvodů, kde má zdroj významný vnitřní odpor, a pomáhá přesně zohlednit skutečné chování obvodu.

Ohmův zákon pro uzavřený obvod

Síla proudu v uzavřeném obvodu je rovna poměru elektromotorické síly (E) k celému součtu odporů obvodu včetně vnitřního odporu zdroje ® a vnějších odporů (R1, R2, R3. ): I = E/ΣR + r.

Ohmův zákon pro uzavřený obvod pomáhá určit proud protékající složitým obvodem sestávajícím ze zdroje proudu a všech připojených vnějších prvků. Zobecňuje výpočet na jakékoli uzavřené smyčky.

Aplikace Ohmova zákona

Ohmův zákon platí ve všech oblastech, kde je zapojen elektrický proud. Například:

• tepelná a osvětlovací zařízení, elektronika. Zákon pomáhá vypočítat optimální odpor, aby se důležité prvky nespálily. Čím větší proud, tím vyšší teplota. Například napájecí zdroj pro telefon je navržen tak, aby snížil napětí z 220 voltů na 5 voltů. Jinak by proud zabil baterii telefonu;
• doprava. Uvnitř auta, vlaku, letadla, dokonce i vesmírné lodi jsou zařízení, jejichž provoz je možný díky Ohmovu zákonu;
• výstavba a renovace. Ohmův zákon je potřeba při projektování elektroinstalace v novostavbách a při rekonstrukci bytu. Pomáhá řemeslníkům spočítat, kolik zásuvek nainstalovat v místnosti pro nepřetržitý provoz sítě.

Je možné připojit multicooker, vysoušeč vlasů a žehličku do jedné zásuvky? Mnozí na tuto otázku najdou odpověď díky zkušenostem, a ne vždy úspěšným – vyražené zástrčky, vadná zásuvka, nebo dokonce spálený drát ve zdi. Ohmův zákon pomáhá vyhnout se takovým problémům. Je pravda, že stále budete potřebovat multimetr, ale nyní je snadné jej zakoupit na jakémkoli trhu.