Ohmův zákon dal německý fyzik Georg Simon Ohm . Udává vztah mezi proudem, odporem a napětím v elektrickém obvodu. Tento vztah mezi proudem I, napětím V a odporem R uvedl slavný německý vědec Georg Simon Ohm v roce 1827. Při provádění svého experimentu zjistil, že součin proudu procházejícího vodičem a odporu vodiče určuje pokles napětí ten vodič v obvodu.

V tomto článku podrobně prozkoumáme koncept Ohmova zákona včetně všech témat uvedených v následujícím obsahu.

Definice Ohmova zákona

Ohmův zákon říká, že napětí na vodiči je přímo úměrné proudu, který jím protéká, za předpokladu, že všechny fyzikální podmínky a teploty zůstanou konstantní.

Podle Ohmova zákona je tedy proud protékající vodičem přímo úměrný napětí v obvodu, tj. V∝ I. Protože Ohmův zákon poskytuje základní vztah mezi přiváděným napětím a proudem přes vodič, je považován za základní zákon, který nám pomáhá při řešení elektrického obvodu. Ohmův zákon říká, že proud sleduje lineární vztah s napětím.

Vysvětlení Ohmova zákona

Ohmův zákon je jedním ze základních zákonů elektrostatiky, který říká, že napětí na jakémkoli vodiči je přímo úměrné proudu tekoucího tímto vodičem. Tuto podmínku můžeme definovat jako

V∝ I

Odstranění znaku proporcionality,

V = RI

kde R je konstanta úměrnosti a nazývá se Odpor materiálu. Odolnost materiálu se vypočítá jako

R = V/I

Odpor se měří v ohmech. Označuje se symbolem Ω.

Vzorec Ohmova zákona

Za podmínky, že všechny fyzikální parametry a teploty zůstanou konstantní, Ohmův zákon říká, že napětí na vodiči je přímo úměrné proudu, který jím protéká.

Ohmův zákon zní takto:

V∝ I

NEBO

V = I × R

Kde,

• R je konstanta proporcionality známá jako Odpor,
• V je použité napětí a
• já je proud procházející elektrickým obvodem.

Výše uvedený vzorec lze přeuspořádat pro výpočet proudu a odporu také následovně:

Podle Ohmova zákona je proud procházející vodičem,

I = V/R

Podobně lze odpor definovat jako

R = V/I

Graf Ohmova zákona

Ohmův zákon platí, když jsou fyzikální podmínky, jako je teplota a další, konstantní. Důvodem je skutečnost, že proud protékající obvodem se mění změnou teploty. Proto v takových případech, kdy do hry vstupují fyzikální faktory, jako je teplota, Ohmův zákon porušuje. Například v případě žárovky, kde se teplota zvýší, když se zvýší proud, který jí protéká. Zde se Ohmův zákon neřídí.

Graf pro ohmický obvod je diskutován na obrázku níže,

Graf Ohmových zákonů

Jednotka Ohmova zákona

Existují tři fyzikální veličiny, které jsou spojeny s Ohmovým zákonem, které zahrnují,

• Aktuální
• Napětí
• Odpor

Níže přidaná tabulka ukazuje různé symboly a jejich jednotky.

Rovnice Ohmova zákona

Ohmův zákon poskytuje tři rovnice, které jsou:

• V = I × R
• I = V/R
• R = V/I

Kde,

• V je napětí,
• já je aktuální a
• R je odpor.

Vztah mezi napětím, proudem a odporem: Ohmův zákon

Vztah mezi napětím, proudem a odporem lze snadno studovat pomocí vzorce,

V = IR

Kde,

• V je napětí,
• já je odpor a
• R je odpor.

Tento vzorec můžeme studovat pomocí níže uvedené tabulky,

Ohmův zákonný trojúhelník

Ohmův trojúhelník je vizuální reprezentace pro pochopení a učení vztahu Ohmova zákona mezi napětím, proudem a odporem. Tento nástroj pomáhá inženýrům zapamatovat si pořadí vztahu mezi třemi hlavními aspekty: proud (I), napětí (V) a odpor (R).

Ohmův zákonný trojúhelník

Vektorová forma Ohmova zákona

Vztah mezi proudem a napětím je stanoven Ohmovým zákonem a jeho vektorová forma je,

Kde,

• je vektor aktuální hustoty,
• je vektor elektrického pole a
• p je vodivost materiálu.

Odpor

Překážka, které elektrony čelí při pohybu v jakémkoli materiálu, se nazývá měrný odpor materiálu.

Nechť rezistor o délce „l“ a ploše průřezu „A“ má odpor R. Pak víme,

Odpor je přímo úměrný délce rezistoru, tj. R ∝ l, . . .(1)

Odpor je nepřímo úměrný ploše průřezu rezistoru, tj. R ∝ 1/A . . .(2)

kombinování ekv. (1) a ekv. (2)

R = ρl / A

Kde r je konstanta úměrnosti nazývaná koeficient odporu nebo rezistivita.

Nyní, když L = 1 m a A = 1 m², ve výše uvedeném vzorci dostaneme,

R = ρ

To znamená pro rezistor délky 1 m a průřezu 1 m²odpor se nazývá rezistivita materiálu.

Experimentální ověření Ohmova zákona

Ověření Ohmova zákona je dosaženo provedením následujícího experimentu.

Vyžadováno zařízení

Přístroj potřebný k provedení experimentu pro ověření Ohmova zákona je,

• Rezistor
• Ampérmetr
• Voltmetr
• baterie
• Zásuvkový klíč
• Reostat

Kruhový diagram

Schéma zapojení pro experimentální ověření Ohmova zákona je uvedeno na schématu níže,

Schéma zapojení Ohmova zákona

Postup

Postup pro experimentální ověření Ohmova zákona je uveden níže:

• Klíč K je zpočátku uzavřen a reostat je nastaven tak, aby odečet v ampérmetru A a voltmetru V byl minimální.
• Proud se pak v obvodu zvyšuje nastavením reostatu a zaznamenává se proud při různých hodnotách reostatu a jejich příslušné napětí.
• Nyní pro různé hodnoty napětí (V) a proudu (I) a poté vypočítejte poměr V/I.
• Po výpočtu všech poměrů V/I pro různé hodnoty napětí a proudu si všimneme, že hodnota je téměř konstantní.
• Nyní vynesením grafu proudu proti rozdílu potenciálu dostaneme přímku. To ukazuje, že proud je přímo úměrný rozdílu potenciálu a jeho sklon je odpor drátu.

Koláčový graf Ohmova zákona

Abychom lépe porozuměli vztahu mezi různými parametry, můžeme vzít všechny rovnice použité k nalezení napětí, proudu, odporu a výkonu a zkondenzovat je do jednoduchého koláčového grafu Ohmova zákona, jak je uvedeno níže:

Výsečový graf Ohmova zákona

Maticová tabulka Ohmova zákona

Stejně jako výše uvedený graf Ohmova zákona můžeme zkondenzovat jednotlivé rovnice Ohmova zákona do jednoduché maticové tabulky, jak je uvedeno níže, pro snadnou orientaci při výpočtu neznámé hodnoty.

Maticová tabulka Ohmových zákonů

Aplikace Ohmova zákona

Když jsou známa další dvě čísla, lze Ohmův zákon použít k určení napětí, proudu, impedance nebo odporu lineárního elektrického obvodu.

Hlavní aplikace Ohmova zákona:

• Zjednodušuje také výpočty výkonu.
• Pro udržení požadovaného poklesu napětí mezi elektrickými součástmi se používá Ohmův zákon.
• Musí být určeno napětí, odpor nebo proud elektrického obvodu.
• Ohmův zákon se také používá k přesměrování proudu ve stejnosměrných ampérmetrech a jiných stejnosměrných bočnících.

Jak navázat vztah mezi proudem a napětím?

Poměr V ⁄ I zůstává konstantní pro daný odpor při vytváření spojení proud-napětí, proto graf rozdílu potenciálu (V) a proudu (I) musí být přímka.

Jak můžeme zjistit neznámé hodnoty odporu?

Konstantní poměr je to, co určuje neznámé hodnoty odporu. Odpor drátu s jednotným průřezem závisí na délce (L) a ploše průřezu (A). Také závisí na teplotě vodiče.

Odpor při dané teplotě,

R = ρ L ⁄ A

kde,
r je specifický odpor nebo měrný odpor a je charakteristikou materiálu drátu.

Specifický odpor nebo měrný odpor materiálu drátu je,

ρ = RA ⁄ L

Výpočet elektrického výkonu pomocí Ohmova zákona

Elektrickou energii definujeme jako energii, kterou elektrické náboje potřebují k provádění různých prací. Míra spotřeby elektrické energie se nazývá elektrická energie. Jednotkou měření elektrického výkonu je watt. Pomocí Ohmova zákona můžeme snadno zjistit výkon elektrického obvodu. Vzorec pro výpočet elektrického výkonu je,

P = VI

Kde,

P je výkon obvodu, V je napětí v obvodu a I je proud procházející obvodem.

Víme, že pomocí Ohmova zákona

V = IR

Pomocí mocninového vzorce, který dostaneme,

P = V²/R

P = I²R

Omezení Ohmova zákona

Různá omezení Ohmova zákona jsou,

• Ohmův zákon neplatí pro jednostranné sítě. V jednostranných sítích může proud téci pouze jedním směrem. V těchto typech sítí se používají diody, tranzistory a další elektronické součástky.
• Nelineární komponenty jsou také vyňaty z Ohmova zákona. Nelineární komponenty mají proud, který není úměrný použitému napětí, což znamená, že hodnota odporu těchto prvků se mění v závislosti na napětí a proudu. Tyristor je příkladem nelineárního prvku.

Analogie Ohmova zákona

V minulosti byly uvedeny různé analogie k vysvětlení Ohmova zákona, některé z nejběžnějších analogií jsou:

• Analogie vodní dýmky
• Teplotní analogie

Proberme tyto analogie podrobně.

Analogie vodního potrubí pro Ohmův zákon

Víme, že proud procházející kterýmkoli obvodem závisí na použitém napětí a odporu obvodu. Ale můžeme vidět proud protékající obvodem, abychom mu lépe porozuměli, použijeme Analogii vodní dýmky, ve které tekoucí voda představuje proud a pomocí tohoto konceptu můžeme pochopit Ohmův zákon.

Voda protékající potrubím je podobná proudu, který protéká elektrickým obvodem. Víme, že v elektrickém obvodu je pro pohyb proudu v obvodu vyžadováno napětí stejným způsobem. Tlak v systému vodovodního potrubí umožňuje snadné proudění vody v systému.

Pokud se tlak zvýší, více vody protéká potrubím, což se podobá Ohmovu zákonu, který říká, že pokud se zvýší napětí, více proudu protéká elektrickým obvodem.

co dělá ravel v pythonu

Teplotní analogie

Podobně lze teplotní obvod přirovnat k ohmickému vodiči. Teplotní gradient zde funguje podobně jako napětí a tepelný tok funguje podobně jako proud.

Přečtěte si více,

• Odpor
• Faktory ovlivňující odpor
• Vlastní indukčnost

Řešené příklady z Ohmova zákona

Příklad 1: Najděte odpor elektrického obvodu s napájecím napětím 15 V a proudem 3 mA.

Řešení:

Vzhledem k tomu:

V = 15 V,

I = 3 mA = 0,003 A

Odpor elektrického obvodu je dán takto:

⇒ R = V / I

⇒ R = 15 V / 0,003 A
⇒ R = 5000 Ω
⇒ R = 5 kΩ

Odpor elektrického obvodu je tedy 5 kΩ .

Příklad 2: Je-li odpor elektrické žehličky 10 Ω a odporem protéká proud 6 A. Najděte napětí mezi dvěma body.

Řešení:

Vzhledem k tomu:

I = 6 A, R = 10 Ω

Vzorec pro výpočet napětí je dán takto:

V = I × R

⇒ V = 6 A × 10 Ω
⇒ V = 60 V

Napětí mezi dvěma body je tedy 60 V .

Příklad 3: Najděte proud procházející vodičem kreslícím 20 voltů, když je jím odebírán výkon 60 wattů.

Řešení:

Podle Ohmova P = VI

Dané P = 60 wattů, V = 20 voltů

⇒ I = P/V
⇒ I = 60/20
⇒ I = 3 A

Proud procházející vodičem je tedy 3 A

Příklad 4: K žárovce o odporu 4 Ω je připojena baterie 6 V. Najděte proud procházející žárovkou a výkon obvodu.

Řešení:

vzhledem k tomu,
V=6V
R = 4 Ω

Víme, že,

V = IR (Ohmův zákon)

⇒ 6 = 4R

⇒ I = 6 ÷ 4 = 1,5 A

⇒ I = 1,5 A

Proud procházející žárovkou je tedy 1,5 A

Pro výkon obvodu

P = VI

⇒ P = (6) (1,5)

⇒ P = 9 wattů

Výkon obvodu je tedy 9 wattů.

Nejčastější dotazy k Ohmově zákonu

Q1: Co je Ohmův zákon?

Odpovědět:

Podle Ohmova zákona je proud procházející vodičem přímo úměrný rozdílu potenciálu na konci vodiče, pokud se teplota a další fyzikální podmínky nemění.

Otázka 2: Kdo objevil Ohmův zákon?

Odpovědět:

Německý fyzik Georg Simon Ohm byl první, kdo vysvětlil Ohmův zákon. Uvedl, že proud procházející vodičem je přímo úměrný použitému napětí.

Otázka 3: Je Ohmův zákon univerzálně použitelný?

Odpovědět:

No Ohmův zákon není univerzálním zákonem, protože se nevztahuje na všechny elektrické obvody.

• Obvody, které se řídí Ohmovým zákonem, se nazývají Ohmický obvod
• Obvody, které se neřídí Ohmovým zákonem, se nazývají neohmický obvod

Q4: Kdy byl objeven Ohmův zákon?

Odpovědět:

Ohmův zákon poprvé vyslovil Georg Simon Ohm ve své knize The Galvanic Chain, Mathematically Edited v roce 1827.

Q5: Co je to jednotka odporu?

Odpovědět:

Jednotkou odporu SI je Ohm. Označuje se Ω.

ve srovnání s metodou java

Q6: Jaký je rozměrový vzorec pro odpor?

Odpovědět:

Rozměrový vzorec pro odpor je [M¹L²T^-3já^-2]

Otázka 7: Proč se Ohmův zákon nevztahuje na polovodiče?

Odpovědět:

Polovodičová zařízení jsou nelineární povahy, díky čemuž se na ně nevztahuje Ohmův zákon. To znamená, že poměr napětí k proudu nezůstává konstantní, když se napětí mění.

Q8: Kdy selže Ohmův zákon?

Odpovědět:

Chování polovodičů a jednostranných zařízení, jako jsou diody, definuje Ohmův zákon. Pokud fyzikální faktory, jako je teplota a tlak, nejsou udržovány konstantní, Ohmův zákon nemusí poskytovat zamýšlené účinky.