Ohmov zákon pre časť obvodu
Základný zákon elektrotechniky, ktorý môžete použiť na štúdium a výpočet elektrických obvodov, je Ohmov zákon, ktorý stanovuje vzťah medzi prúdom, napätím a odporom. Je potrebné jasne pochopiť jeho podstatu a vedieť ho správne použiť pri riešení praktických problémov. V elektrotechnike sa často robia chyby kvôli neschopnosti správne aplikovať Ohmov zákon.
Ohmov zákon pre časť obvodu: prúd je priamo úmerný napätiu a nepriamo úmerný odporu.
Ak sa napätie pôsobiace v elektrickom obvode niekoľkokrát zvýši, prúd v tomto obvode sa zvýši o rovnakú hodnotu. A ak niekoľkokrát zvýšite odpor obvodu, prúd sa zníži o rovnakú hodnotu. Rovnako aj prietok vody v potrubí je tým väčší, čím silnejší je tlak a čím menší je odpor potrubia voči pohybu vody.
V populárnej forme môže byť tento zákon formulovaný nasledovne: čím vyššie je napätie pri rovnakom odpore, tým vyšší je prúd a zároveň čím vyšší je odpor pri rovnakom napätí, tým nižšia je intenzita prúdu.
Na čo najjednoduchšie vyjadrenie Ohmovho zákona sa odpor drôtu, ktorým prechádza prúd 1 A pri napätí 1 V, považuje za 1 Ohm.
Prúd v ampéroch možno vždy určiť vydelením napätia vo voltoch odporom v ohmoch. Preto je Ohmov zákon pre časť obvodu napísaný v nasledujúcom vzorci:
I = U/R.
Magický trojuholník
Akýkoľvek úsek alebo prvok elektrického obvodu môže byť charakterizovaný tromi charakteristikami: prúd, napätie a odpor.
Ako použiť Ohmov trojuholník: uzavrieme požadovanú hodnotu — dva ďalšie symboly poskytnú vzorec na jej výpočet. Mimochodom, iba jeden vzorec z trojuholníka sa nazýva Ohmov zákon - ten, ktorý odráža závislosť prúdu od napätia a odporu. Ďalšie dva vzorce, hoci sú jeho dôsledkom, nedávajú fyzikálny zmysel.
Výpočty vykonané pomocou Ohmovho zákona pre časť obvodu budú správne, keď je napätie vo voltoch, odpor je v ohmoch a prúd je v ampéroch. Ak sa použije viacero jednotiek týchto veličín (napr. miliampéry, milivolty, megaohmy atď.), musia sa previesť na ampéry, volty a ohmy. Aby sa to zdôraznilo, vzorec Ohmovho zákona pre časť obvodu je niekedy napísaný takto:
amp = volt / ohm
Môžete tiež vypočítať prúd v miliampéroch a mikroampéroch, zatiaľ čo napätie by malo byť vyjadrené vo voltoch a odpor v kilohmoch a megaohmoch.
Ďalšie články o elektrine jednoduchým a cenovo dostupným spôsobom:
Čo sú napätie, prúd a odpor: ako sa používajú v praxi
Zdroje EMF a prúdu: hlavné charakteristiky a rozdiely
Elektrické a magnetické pole – aký je rozdiel?
Ohmov zákon platí pre každú časť obvodu. Ak je potrebné určiť prúd v danom úseku obvodu, potom je potrebné vydeliť napätie pôsobiace v tomto úseku (obr. 1) odporom tohto úseku.
Obrázok 1. Aplikácia Ohmovho zákona na časť obvodu
Uveďme príklad výpočtu prúdu podľa Ohmovho zákona... Nech je potrebné určiť prúd v žiarovke s odporom 2,5 ohmu, ak je napätie privedené na žiarovku 5 V. Vydelenie 5 V 2,5 ohmoch, dostaneme hodnotu prúdu rovnajúcu sa 2 A. V druhom príklade určíme prúd, ktorý bude tiecť pod vplyvom napätia 500 V v obvode, ktorého odpor je 0,5 MΩ. Aby sme to dosiahli, vyjadríme odpor v ohmoch. Vydelením 500 V 500 000 ohmov nájdeme prúd v obvode, ktorý je 0,001 A alebo 1 mA.
Často, keď poznáme prúd a odpor, napätie sa určuje pomocou Ohmovho zákona. Napíšeme vzorec na určenie napätia
U = IR
Tento vzorec ukazuje, že napätie na koncoch daného úseku obvodu je priamo úmerné prúdu a odporu... Význam tejto závislosti nie je ťažké pochopiť.Ak sa odpor časti obvodu nezmení, prúd sa môže zvýšiť iba zvýšením napätia. To znamená, že pri konštantnom odpore väčší prúd zodpovedá väčšiemu napätiu. Ak je potrebné získať rovnaký prúd pri rôznych odporoch, potom s vyšším odporom musí byť zodpovedajúce vyššie napätie.
Napätie v časti obvodu sa často označuje ako pokles napätia... To často vedie k nedorozumeniam. Mnoho ľudí si myslí, že pokles napätia je nejaké zbytočné zbytočné napätie. V skutočnosti sú pojmy napätia a poklesu napätia ekvivalentné. Straty a poklesy napätia – aký je rozdiel?
Pokles napätia je postupný pokles potenciálu v obvode s prúdom v dôsledku skutočnosti, že obvod má aktívny odpor. Podľa Ohmovho zákona sa úbytok napätia v každom úseku obvodu U rovná súčinu odporu tohto úseku obvodu R prúdom v ňom I, t.j. U — RI. Čím väčší je odpor časti obvodu, tým väčší je pokles napätia v tejto časti obvodu pre daný prúd.
Výpočet napätia Ohmovho zákona je možné ukázať na nasledujúcom príklade. Cez časť obvodu s odporom 10 kOhm nechajte prechádzať prúd 5 mA a je potrebné určiť napätie v tejto časti.
Vynásobením A = 0,005 A pri R — 10000 Ω dostaneme napätie rovné 50 V. Rovnaký výsledok možno získať vynásobením 5 mA 10 kΩ: U = 50 in
V elektronických zariadeniach sa prúd zvyčajne vyjadruje v miliampéroch a odpor v kiloohmoch.Preto je vhodné použiť pri výpočtoch podľa Ohmovho zákona práve tieto jednotky merania.
Ohmov zákon tiež počíta odpor, ak je známe napätie a prúd. Vzorec pre tento prípad je napísaný takto: R = U / I.
Odpor je vždy pomer napätia k prúdu. Ak sa napätie niekoľkokrát zvýši alebo zníži, prúd sa zvýši alebo zníži o rovnaký počet. Pomer napätia a prúdu rovný odporu zostáva nezmenený.
Vzorec na určenie odporu by sa nemal chápať tak, že odpor daného vodiča závisí od prúdu a napätia. Je známe, že závisí od dĺžky, plochy prierezu a materiálu drôtu. Vo vzhľade sa vzorec na určenie odporu podobá vzorcu na výpočet prúdu, ale medzi nimi je zásadný rozdiel.
Prúd v danej časti obvodu skutočne závisí od napätia a odporu a mení sa podľa toho, ako sa menia. A odpor tohto úseku obvodu je konštantná hodnota, ktorá nezávisí od zmien napätia a prúdu, ale rovná sa pomeru týchto hodnôt.
Keď ten istý prúd preteká dvoma časťami obvodu a napätia, ktoré sú na ne privedené, sú odlišné, je zrejmé, že časť, na ktorú je privedené vyššie napätie, má zodpovedajúcim spôsobom väčší odpor.
A ak pri pôsobení rovnakého napätia preteká rôzny prúd v dvoch rôznych častiach obvodu, potom v tejto časti bude vždy menší prúd, ktorý má väčší odpor.Toto všetko vyplýva zo základnej formulácie Ohmovho zákona pre úsek obvodu, teda z toho, že čím väčší prúd, tým väčšie napätie a menší odpor.
Výpočet odporu pomocou Ohmovho zákona pre úsek obvodu si ukážeme na nasledujúcom príklade Nech je potrebné nájsť odpor úseku, ktorým preteká prúd 50 mA pri napätí 40 V. Vyjadrenie prúdu v ampéroch dostaneme I = 0,05 A. Vydelíme 40 0,05 a zistíme, že odpor je 800 ohmov.
Ohmov zákon je možné vizualizovať vo forme takzvanej prúdovo-napäťovej charakteristiky... Ako viete, priamo úmerný vzťah medzi dvoma veličinami je priamka prechádzajúca počiatkom. Táto závislosť sa zvyčajne nazýva lineárna.
Na obr. 2 znázornený ako príklad grafu Ohmovho zákona pre úsek obvodu s odporom 100 ohmov. Vodorovná os je napätie vo voltoch a zvislá os je prúd v ampéroch. Stupnicu prúdu a napätia je možné zvoliť podľa želania. Rovná čiara je nakreslená tak, že pre každý z jej bodov je pomer napätia k prúdu 100 ohmov. Napríklad, ak U = 50 V, potom I = 0,5 A a R = 50: 0,5 = 100 ohmov.
Ryža. 2… Ohmov zákon (charakteristika prúdu a napätia)
Graf Ohmovho zákona pre záporné hodnoty prúdu a napätia je rovnaký. To znamená, že prúd v obvode tečie rovnakým spôsobom v oboch smeroch. Čím väčší je odpor, tým menší prúd sa získa pri danom napätí a tým opatrnejšie sa priamka pohybuje.
Zariadenia, v ktorých charakteristika prúdu a napätia je priamka prechádzajúca počiatočným bodom, to znamená, že odpor zostáva konštantný pri zmene napätia alebo prúdu, sa nazývajú lineárne zariadenia... Používajú sa aj pojmy lineárne obvody, lineárne odpory.
Existujú aj zariadenia, v ktorých sa pri zmene napätia alebo prúdu mení odpor. Potom je vzťah medzi prúdom a napätím vyjadrený nie podľa Ohmovho zákona, ale zložitejším spôsobom. Pre takéto zariadenia charakteristika prúdového napätia nebude priamka prechádzajúca počiatočným bodom, ale bude to buď krivka alebo prerušovaná čiara. Tieto zariadenia sa nazývajú nelineárne.
Pozri tiež na túto tému: Aplikácia Ohmovho zákona v praxi
