Ohmův zákon pro část obvodu
Základní zákon elektrotechniky, který můžete použít ke studiu a výpočtu elektrických obvodů, je Ohmův zákon, který stanovuje vztah mezi proudem, napětím a odporem. Je potřeba jasně pochopit jeho podstatu a umět ji správně používat při řešení praktických problémů. V elektrotechnice se často dělají chyby kvůli neschopnosti správně aplikovat Ohmův zákon.
Ohmův zákon pro část obvodu uvádí: proud je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu.
Pokud se napětí působící v elektrickém obvodu několikrát zvýší, proud v tomto obvodu se zvýší o stejnou hodnotu. A pokud několikrát zvýšíte odpor obvodu, proud se sníží o stejnou hodnotu. Stejně tak proudění vody v potrubí je tím větší, čím silnější je tlak a čím menší je odpor potrubí vůči pohybu vody.
V lidové podobě lze tento zákon formulovat následovně: čím vyšší je napětí pro stejný odpor, tím vyšší je proud, a zároveň čím vyšší je odpor pro stejné napětí, tím nižší je proud.
Pro co nejjednodušší matematické vyjádření Ohmova zákona se za odpor vodiče, kterým prochází proud 1 A při napětí 1 V, považuje 1 Ohm.
Proud v ampérech lze vždy určit vydělením napětí ve voltech odporem v ohmech. Proto je Ohmův zákon pro část obvodu zapsán v následujícím vzorci:
I = U/R.
Magický trojúhelník
Jakýkoli úsek nebo prvek elektrického obvodu může být charakterizován třemi charakteristikami: proudem, napětím a odporem.
Jak použít Ohmův trojúhelník: uzavřeme požadovanou hodnotu — dva další symboly dají vzorec pro její výpočet. Mimochodem, pouze jeden vzorec z trojúhelníku se nazývá Ohmův zákon - ten, který odráží závislost proudu na napětí a odporu. Další dva vzorce, i když jsou jeho důsledky, nedávají fyzický smysl.
Výpočty provedené pomocí Ohmova zákona pro část obvodu budou správné, když je napětí ve voltech, odpor je v ohmech a proud je v ampérech. Pokud se použije více jednotek těchto veličin (např. miliampéry, milivolty, megaohmy atd.), musí být převedeny na ampéry, volty a ohmy. Abychom to zdůraznili, vzorec Ohmova zákona pro část obvodu je někdy zapsán takto:
amp = volt / ohm
Můžete také vypočítat proud v miliampérech a mikroampérech, zatímco napětí by mělo být vyjádřeno ve voltech a odpor v kilohmech a megaohmech.
Další články o elektřině jednoduchým a dostupným způsobem:
Co je napětí, proud a odpor: jak se používají v praxi
Zdroje EMF a proudu: hlavní charakteristiky a rozdíly
Elektrické a magnetické pole – jaký je rozdíl?
Ohmův zákon platí pro každý úsek obvodu. Pokud je potřeba určit proud v daném úseku obvodu, pak je nutné vydělit napětí působící v tomto úseku (obr. 1) odporem tohoto úseku.
Obrázek 1. Aplikace Ohmova zákona na část obvodu
Uveďme příklad výpočtu proudu podle Ohmova zákona... Nechť je požadováno určit proud ve výbojce s odporem 2,5 ohmu, je-li napětí přivedené na výbojku 5 V. Vydělení 5 V 2,5 ohmech, dostaneme hodnotu proudu rovnou 2 A. Ve druhém příkladu určíme proud, který poteče pod vlivem napětí 500 V v obvodu, jehož odpor je 0,5 MΩ. K tomu vyjadřujeme odpor v ohmech. Vydělením 500 V na 500 000 ohmů zjistíme proud v obvodu, který je 0,001 A nebo 1 mA.
Často, když znáte proud a odpor, je napětí určeno pomocí Ohmova zákona. Napíšeme vzorec pro určení napětí
U = IR
Tento vzorec ukazuje, že napětí na koncích daného úseku obvodu je přímo úměrné proudu a odporu... Význam této závislosti není těžké pochopit.Pokud se odpor části obvodu nezmění, lze proud zvýšit pouze zvýšením napětí. To znamená, že při konstantním odporu odpovídá větší proud většímu napětí. Pokud je nutné získat stejný proud při různých odporech, pak s vyšším odporem musí být odpovídajícím způsobem vyšší napětí.
Napětí v části obvodu se často nazývá pokles napětí... To často vede k nedorozuměním. Mnoho lidí si myslí, že pokles napětí je nějaké zbytečné zbytečné napětí. Ve skutečnosti jsou pojmy napětí a úbytek napětí ekvivalentní. Ztráty a poklesy napětí – jaký je mezi nimi rozdíl?
Pokles napětí je postupný pokles potenciálu v obvodu s proudem v důsledku skutečnosti, že obvod má aktivní odpor. Podle Ohmova zákona je úbytek napětí v každém úseku obvodu U roven součinu odporu tohoto úseku obvodu R proudem v něm I, tzn. U — RI. Čím větší je odpor části obvodu, tím větší je pokles napětí v této části obvodu pro daný proud.
Výpočet napětí Ohmova zákona lze ukázat na následujícím příkladu. Úsekem obvodu s odporem 10 kOhm nechejte procházet proud 5 mA a je nutné určit napětí v tomto úseku.
Vynásobením A = 0,005 A při R — 10000 Ω získáme napětí rovné 50 V. Stejný výsledek lze získat vynásobením 5 mA 10 kΩ: U = 50 in
V elektronických zařízeních se proud obvykle vyjadřuje v miliampérech a odpor v kiloohmech.Proto je vhodné při výpočtech podle Ohmova zákona používat právě tyto jednotky měření.
Ohmův zákon také vypočítá odpor, pokud je známo napětí a proud. Vzorec pro tento případ je napsán takto: R = U / I.
Odpor je vždy poměr napětí k proudu. Pokud se napětí několikrát zvýší nebo sníží, proud se zvýší nebo sníží stejným počtem. Poměr napětí a proudu rovný odporu zůstává nezměněn.
Vzorec pro stanovení odporu by neměl být chápán tak, že odpor daného vodiče závisí na proudu a napětí. Je známo, že závisí na délce, ploše průřezu a materiálu drátu. Vzhledově se vzorec pro stanovení odporu podobá vzorci pro výpočet proudu, ale je mezi nimi zásadní rozdíl.
Proud v dané části obvodu skutečně závisí na napětí a odporu a mění se, jak se mění. A odpor tohoto úseku obvodu je konstantní hodnota, která nezávisí na změnách napětí a proudu, ale rovná se poměru těchto hodnot.
Když ve dvou částech obvodu protéká stejný proud a napětí na ně přiváděná jsou různá, je jasné, že část, na kterou je přivedeno větší napětí, má odpovídajícím způsobem větší odpor.
A pokud při působení stejného napětí protéká dvěma různými sekcemi obvodu jiný proud, pak v této sekci bude vždy proud menší, který má větší odpor.To vše vyplývá ze základní formulace Ohmova zákona pro úsek obvodu, tedy z toho, že čím větší proud, tím větší napětí a menší odpor.
Výpočet odporu pomocí Ohmova zákona pro úsek obvodu si ukážeme na následujícím příkladu Nechť je požadováno najít odpor úseku, kterým protéká proud 50 mA při napětí 40 V. Vyjádření proudu v ampérech dostaneme I = 0,05 A. Vydělte 40 0,05 a zjistěte, že odpor je 800 ohmů.
Ohmův zákon lze vizualizovat ve formě tzv. proudově-napěťové charakteristiky... Jak víte, přímo úměrný vztah mezi dvěma veličinami je přímka procházející počátkem. Tato závislost se obvykle nazývá lineární.
Na Obr. 2 znázorněný jako příklad grafu Ohmova zákona pro úsek obvodu s odporem 100 ohmů. Vodorovná osa je napětí ve voltech a svislá osa je proud v ampérech. Stupnice proudu a napětí lze zvolit podle potřeby. Rovná čára je nakreslena tak, že pro každý její bod je poměr napětí k proudu 100 ohmů. Například, pokud U = 50 V, pak I = 0,5 A a R = 50: 0,5 = 100 ohmů.
Rýže. 2… Ohmův zákon (charakteristika proudu a napětí)
Graf Ohmova zákona pro záporné hodnoty proudu a napětí je stejný. To znamená, že proud v obvodu teče stejným způsobem v obou směrech. Čím větší odpor, tím menší proud se získá při daném napětí a tím opatrněji se přímka pohybuje.
Zařízení, u kterých je proudově-napěťová charakteristika přímka procházející počátečním bodem, to znamená, že odpor zůstává konstantní při změně napětí nebo proudu, se nazývají lineární zařízení... Používají se také termíny lineární obvody, lineární odpory.
Existují také zařízení, ve kterých se odpor mění při změně napětí nebo proudu. Pak je vztah mezi proudem a napětím vyjádřen nikoli podle Ohmova zákona, ale komplexněji. Pro taková zařízení nebude charakteristika proudu a napětí přímka procházející počátečním bodem, ale buď křivka, nebo přerušovaná čára. Tato zařízení se nazývají nelineární.
Viz také k tomuto tématu: Aplikace Ohmova zákona v praxi
