Prawo Ohma został podany przez niemieckiego fizyka Georg Simon Ohm . Określa związek pomiędzy prądem, rezystancją i napięciem w obwodzie elektrycznym. Tę zależność pomiędzy prądem I, napięciem V i rezystancją R podał słynny niemiecki naukowiec Georg Simon Ohm w 1827 r. Podczas swojego eksperymentu stwierdził, że iloczyn prądu płynącego przez przewodnik i rezystancji przewodnika wyznacza spadek napięcia na tego przewodnika w obwodzie.

W tym artykule szczegółowo omówimy koncepcję prawa Ohma, uwzględniając wszystkie tematy wymienione w poniższym spisie treści.

Definicja prawa Ohma

Prawo Ohma mówi, że napięcie w przewodniku jest wprost proporcjonalne do przepływającego przez niego prądu, pod warunkiem, że wszystkie warunki fizyczne i temperatury pozostają stałe.

Zatem zgodnie z prawem Ohma prąd płynący przez przewodnik jest wprost proporcjonalny do napięcia w obwodzie, tj. V ∝ I. Tak więc, ponieważ prawo Ohma określa podstawową zależność między przyłożonym napięciem a prądem płynącym przez przewodnik, jest uważane za podstawowe prawo, które pomaga nam w radzeniu sobie z obwodami elektrycznymi. Prawo Ohma stwierdza, że ​​prąd ma liniową zależność od napięcia.

Wyjaśnienie prawa Ohma

Prawo Ohma jest jednym z podstawowych praw elektrostatyki, które stwierdza, że ​​napięcie na dowolnym przewodniku jest wprost proporcjonalne do prądu płynącego w tym przewodniku. Warunek ten możemy zdefiniować jako:

V ∝ I

usunięcie znaku proporcjonalności,

V = RI

Gdzie R jest stałą proporcjonalności i nazywa się ją oporem materiału. Opór materiału oblicza się ze wzoru:

R = V/I

Rezystancja jest mierzona w omach. Jest to oznaczone symbolem Ω.

Wzór na prawo Ohma

Pod warunkiem, że wszystkie parametry fizyczne i temperatury pozostają stałe, prawo Ohma stwierdza, że ​​napięcie w przewodniku jest wprost proporcjonalne do przepływającego przez niego prądu.

Prawo Ohma jest określone jako:

V ∝ I

LUB

V = I × R

Gdzie,

• R jest stałą proporcjonalności znaną jako Opór,
• W jest przyłożonym napięciem oraz
• I jest prądem płynącym w obwodzie elektrycznym.

Powyższy wzór można przekształcić, aby obliczyć prąd i rezystancję, w następujący sposób:

Zgodnie z prawem Ohma prąd płynący przez przewodnik wynosi:

Ja = V / R

Podobnie opór można zdefiniować jako:

R = V / I

Wykres prawa Ohma

Prawo Ohma obowiązuje, gdy warunki fizyczne, takie jak temperatura i inne, są stałe. Dzieje się tak dlatego, że prąd płynący w obwodzie zmienia się wraz ze zmianą temperatury. Dlatego w przypadkach, gdy w grę wchodzą czynniki fizyczne, takie jak temperatura, prawo Ohma zostaje naruszone. Np. w przypadku żarówki, gdzie temperatura wzrasta wraz ze wzrostem prądu przez nią przepływającego. Tutaj prawo Ohma nie jest przestrzegane.

Wykres obwodu omowego przedstawiono na poniższym obrazku,

Wykres prawa Ohma

Jednostka prawa Ohma

Istnieją trzy wielkości fizyczne powiązane z prawem Ohma, do których należą:

• Aktualny
• Napięcie
• Opór

Dodana poniżej tabela pokazuje różne symbole i stosowane w nich jednostki.

Równania prawa Ohma

Prawo Ohma zapewnia trzy równania, którymi są:

• V = I × R
• Ja = V / R
• R = V / I

Gdzie,

• W to napięcie,
• I jest prądem i
• R jest opór.

Związek między napięciem, prądem i rezystancją: prawo Ohma

Zależność między napięciem, prądem i rezystancją można łatwo zbadać za pomocą wzoru:

V = IR

Gdzie,

• W to napięcie,
• I jest oporem, oraz
• R jest opór.

Możemy przestudiować ten wzór za pomocą tabeli omówionej poniżej,

Trójkąt prawa Ohma

Trójkąt prawa Ohma to wizualna reprezentacja pomagająca zrozumieć i poznać związek prawa Ohma między napięciem, prądem i rezystancją. To narzędzie pomaga inżynierom zapamiętać kolejność relacji pomiędzy trzema głównymi aspektami: prądem (I), napięciem (V) i rezystancją (R).

Trójkąt prawa Ohma

Postać wektorowa prawa Ohma

Zależność między prądem i napięciem określa prawo Ohma, a jego postać wektorowa to:

blokuj reklamy YouTube na Androida

Gdzie,

• jest wektorem gęstości prądu,
• jest wektorem pola elektrycznego, oraz
• P jest przewodnością materiału.

Oporność

Przeszkoda, na którą napotykają elektrony podczas poruszania się w dowolnym materiale, nazywa się opornością materiału.

Niech rezystor o długości „l” i polu przekroju poprzecznego „A” ma rezystancję R. Wtedy wiemy, że

Rezystancja jest wprost proporcjonalna do długości rezystora, tj. R ∝ l, . . .(1)

Rezystancja jest odwrotnie proporcjonalna do pola przekroju rezystora, czyli R ∝ 1/A . . .(2)

łącząc równania (1) i równanie (2)

R = ρl / A

Gdzie R jest stałą proporcjonalności zwaną współczynnikiem oporu lub rezystywnością.

Teraz, jeśli L = 1 m i A = 1 m², w powyższym wzorze otrzymujemy,

R = ρ

Oznacza to, że dla rezystora o długości 1 m i polu przekroju poprzecznego 1 m²opór nazywany jest opornością materiału.

Eksperymentalna weryfikacja prawa Ohma

Weryfikację prawa Ohma przeprowadza się wykonując następujący eksperyment.

Wymagane urządzenie

Aparatura wymagana do przeprowadzenia eksperymentu sprawdzającego prawo Ohma to:

• Rezystor
• Amperomierz
• Woltomierz
• Bateria
• Klucz do wtyczki
• Opornica

Schemat obwodu

Schemat obwodu eksperymentalnej weryfikacji prawa Ohma przedstawiono na poniższym schemacie:

Schemat obwodu prawa Ohma

Procedura

Procedura eksperymentalnej weryfikacji prawa Ohma jest opisana poniżej:

• Klucz K jest początkowo zamknięty, a reostat jest regulowany w taki sposób, aby odczyt amperomierza A i woltomierza V był minimalny.
• Następnie zwiększa się prąd w obwodzie poprzez regulację reostatu i rejestruje się prąd przy różnych wartościach reostatu i odpowiadającym im napięciu.
• Teraz dla różnych wartości napięcia (V) i prądu (I), a następnie oblicz stosunek V/I.
• Po obliczeniu wszystkich stosunków V/I dla różnych wartości napięcia i prądu zauważamy, że wartość jest prawie stała.
• Teraz rysując wykres prądu w funkcji różnicy potencjałów, otrzymamy linię prostą. To pokazuje, że prąd jest wprost proporcjonalny do różnicy potencjałów, a jego nachylenie jest rezystancją drutu.

Wykres kołowy prawa Ohma

Aby lepiej zrozumieć związek między różnymi parametrami, możemy wziąć wszystkie równania użyte do obliczenia napięcia, prądu, rezystancji i mocy i skondensować je w prosty wykres kołowy prawa Ohma, jak pokazano poniżej:

Wykres kołowy prawa Ohma

Tabela macierzy prawa Ohma

Podobnie jak w przypadku wykresu kołowego prawa Ohma pokazanego powyżej, możemy skondensować poszczególne równania prawa Ohma w prostą tabelę macierzową, jak pokazano poniżej, dla łatwego odniesienia podczas obliczania nieznanej wartości.

Tabela macierzy prawa Ohma

Zastosowania prawa Ohma

Gdy znane są pozostałe dwie liczby, prawo Ohma można zastosować do określenia napięcia, prądu, impedancji lub rezystancji liniowego obwodu elektrycznego.

Główne zastosowania prawa Ohma:

• Upraszcza także obliczenia mocy.
• Aby utrzymać pożądany spadek napięcia pomiędzy elementami elektrycznymi, stosuje się prawo Ohma.
• Należy określić napięcie, rezystancję lub prąd obwodu elektrycznego.
• Prawo Ohma jest również wykorzystywane do przekierowywania prądu w amperomierzach prądu stałego i innych bocznikach prądu stałego.

Jak ustalić zależność prąd-napięcie?

Stosunek V ⁄ I pozostaje stały dla danego oporu podczas ustanawiania połączenia prąd-napięcie, stąd wykres różnicy potencjałów (V) i prądu (I) musi być linią prostą.

Jak możemy odkryć nieznane wartości rezystancji?

Stały stosunek określa nieznane wartości rezystancji. Opór drutu o jednolitym przekroju zależy od jego długości (L) i pola przekroju (A). Zależy to również od temperatury przewodnika.

Opór w danej temperaturze

R = ρ L / A

Gdzie,
R oznacza opór właściwy lub oporność właściwą i jest charakterystyką materiału drutu.

Specyficzna rezystancja lub rezystywność materiału drutu wynosi:

ρ = RA / L

Obliczanie mocy elektrycznej za pomocą prawa Ohma

Moc elektryczną definiujemy jako moc wymaganą przez ładunki elektryczne do wykonania różnych prac. Szybkość zużycia energii elektrycznej nazywa się mocą elektryczną. Jednostką miary mocy elektrycznej jest wat. Korzystając z prawa Ohma, możemy łatwo obliczyć moc obwodu elektrycznego. Wzór na obliczenie mocy elektrycznej to:

P = VI

Gdzie,

P to moc obwodu, V to napięcie w obwodzie, a I to prąd płynący przez obwód.

Wiemy, że korzystając z prawa Ohma,

V = IR

Korzystając ze wzoru na potęgę, który otrzymujemy,

P = V²/R

P = ja²R

Ograniczenia prawa Ohma

Różne ograniczenia prawa Ohma to:

• Prawo Ohma nie ma zastosowania do sieci jednostronnych. W sieciach jednostronnych prąd może płynąć tylko w jednym kierunku. W tego rodzaju sieciach stosowane są diody, tranzystory i inne elementy elektroniczne.
• Elementy nieliniowe również nie podlegają prawu Ohma. Elementy nieliniowe charakteryzują się prądem, który nie jest proporcjonalny do przyłożonego napięcia, co oznacza, że ​​wartość rezystancji tych elementów zmienia się w zależności od napięcia i prądu. Tyrystor jest przykładem elementu nieliniowego.

Analogie prawa Ohma

W przeszłości podano różne analogie wyjaśniające prawo Ohma. Oto niektóre z najczęstszych analogii:

• Analogia do wodociągu
• Analogia temperatury

Omówmy szczegółowo te analogie.

Analogia rury wodnej do prawa Ohma

Wiemy, że prąd przepływający przez dowolny obwód zależy od przyłożonego napięcia i rezystancji obwodu. Ale możemy zobaczyć prąd przepływający przez obwód, aby lepiej go zrozumieć, używamy analogii do rury wodnej, w której przepływająca woda reprezentuje prąd i możemy zrozumieć prawo Ohma, korzystając z tej koncepcji.

Woda przepływająca przez rury jest podobna do prądu płynącego w obwodzie elektrycznym. Wiemy, że w obwodzie elektrycznym wymagane jest napięcie, aby przesunąć prąd w obwodzie w taki sam sposób, jak ciśnienie w systemie wodociągowym umożliwia łatwy przepływ wody w systemie.

Jeśli ciśnienie wzrasta, przez rurę przepływa więcej wody, co przypomina prawo Ohma, które stwierdza, że ​​jeśli napięcie wzrasta, przez obwód elektryczny przepływa więcej prądu.

jak sprawdzić rozmiar ekranu

Analogia temperatury

Podobnie obwód temperaturowy można również porównać do przewodnika omowego. Tutaj gradient temperatury działa podobnie do napięcia, a przepływ ciepła działa podobnie do prądu.

Czytaj więcej,

• Opór
• Czynniki wpływające na odporność
• Indukcyjność własna

Rozwiązane przykłady dotyczące prawa Ohma

Przykład 1: Znajdź rezystancję obwodu elektrycznego o napięciu zasilania 15 V i prądzie 3 mA.

Rozwiązanie:

Dany:

V = 15 V,

Ja = 3 mA = 0,003 A

Opór obwodu elektrycznego wyraża się wzorem:

⇒ R = V / I

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

Zatem rezystancja obwodu elektrycznego wynosi 5 kΩ .

Przykład 2: Jeśli opór żelazka elektrycznego wynosi 10 Ω, a przez opór przepływa prąd o natężeniu 6 A. Znajdź napięcie między dwoma punktami.

Rozwiązanie:

Dany:

Ja = 6 A, R = 10 Ω

Wzór na obliczenie napięcia jest podany jako:

V = I × R

⇒ V = 6 A × 10 Ω
⇒ V = 60 V

Zatem napięcie między dwoma punktami wynosi 60 V .

Przykład 3: Znajdź prąd płynący przez przewodnik pobierający napięcie 20 woltów, gdy pobierana przez niego moc wynosi 60 watów.

Rozwiązanie:

Według Ohma P = VI

Biorąc pod uwagę P = 60 watów, V = 20 woltów

⇒ I = P/V
⇒ Ja = 60/20
⇒ Ja = 3 A

Zatem prąd płynący przez przewodnik wynosi 3 A

Przykład 4: Do żarówki o rezystancji 4 Ω podłączono baterię 6 V. Znajdź prąd przepływający przez żarówkę i moc obwodu.

Rozwiązanie:

Dany,
V=6V
R = 4 Ω

Wiemy to,

V = IR (prawo Ohma)

⇒ 6 = 4R

⇒ I = 6 ÷ 4 = 1,5 A

⇒ Ja = 1,5 A

Zatem prąd płynący przez żarówkę wynosi 1,5 A

Dla mocy obwodu

P = VI

⇒ P = (6)(1,5)

⇒ P = 9 watów

Zatem moc obwodu wynosi 9 watów.

Często zadawane pytania dotyczące prawa Ohma

P1: Jakie jest prawo Ohma?

Odpowiedź:

Zgodnie z prawem Ohma prąd przepływający przez przewodnik jest wprost proporcjonalny do różnicy potencjałów na końcach przewodnika, jeśli temperatura i inne warunki fizyczne nie ulegają zmianie.

Pytanie 2: Kto odkrył prawo Ohma?

Odpowiedź:

Niemiecki fizyk Georg Simon Ohm jako pierwszy wyjaśnił prawo Ohma. Stwierdził, że prąd przepływający przez przewodnik jest wprost proporcjonalny do przyłożonego napięcia.

Pytanie 3: Czy prawo Ohma ma uniwersalne zastosowanie?

Odpowiedź:

Prawo No Ohma nie jest prawem uniwersalnym, ponieważ nie ma zastosowania do wszystkich obwodów elektrycznych.

• Obwody spełniające prawo Ohma nazywane są obwodami omowymi
• Obwody, które nie spełniają prawa Ohma, nazywane są obwodami nieomowymi

Pytanie 4: Kiedy odkryto prawo Ohma?

Odpowiedź:

Prawo Ohma zostało po raz pierwszy sformułowane przez Georga Simona Ohma w jego książce Łańcuch galwaniczny, wydanej matematycznie w roku 1827.

P5: Jaka jest jednostka oporu?

Odpowiedź:

Jednostką oporu w układzie SI jest om. Jest to oznaczone przez Ω.

eksport gimp jako jpg

P6: Jaki jest wzór wymiarowy na opór?

Odpowiedź:

Wzór wymiarowy na opór to [M¹L²T^-3I^-2]

P7: Dlaczego prawo Ohma nie ma zastosowania do półprzewodników?

Odpowiedź:

Urządzenia półprzewodnikowe mają charakter nieliniowy, dlatego prawo Ohma nie ma do nich zastosowania. Oznacza to, że stosunek napięcia do prądu nie pozostaje stały, gdy napięcie się zmienia.

Pytanie 8: Kiedy prawo Ohma zawodzi?

Odpowiedź:

Zachowanie półprzewodników i urządzeń jednostronnych, takich jak diody, określa prawo Ohma. Jeśli czynniki fizyczne, takie jak temperatura i ciśnienie, nie są utrzymywane na stałym poziomie, prawo Ohma może nie zapewnić zamierzonych efektów.