Ohmov zakon: Kako funkcionira (formula i Ohmov trougao)

Electrical4u

Polje: Osnovna elektrotehnika

China

Što je Ohmov zakon?

Ohmov zakon kaže da je električni struj koji teče kroz bilo koji provodnik direktno proporcionalan potencijalnoj razlici (naponu) između njegovih krajeva, uz pretpostavku da se fizičke uvjeti provodnika ne mijenjaju.

Drugim riječima, omjer potencijalne razlike između bilo koja dva točka provodnika i struje koja teče između njih je konstantan, ako se fizički uvjeti (npr. temperatura itd.) ne mijenjaju.

Matematički, Ohmov zakon može se izraziti kao,

$\begin{align*} I \propto V \end{align*}$

Uvodeći konstantu proporcionalnosti, otpor R u gornjoj jednadžbi, dobivamo,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \,\, or \,\, V = I * R \end{align*}$

Gdje,

R je otpor provodnika u ohmima ( $\Omega$ ),
I je struja kroz vodilac u Amperima (A),
V je napon ili razlika potencijala mjerena na vodiču u Voltima (V).

Ohmov zakon primjenjuje se i na DC i AC.

Odnos između razlike potencijala ili napona (V), struje (I) i otpora (R) u električnom krugu prvi je otkrio njemački fizičar George Simon Ohm.

Jedinica za otpor je Ohm ( $\Omega$ ) koja je nazvana u čast George Simona Ohma.

Kako funkcionira Ohmov zakon?

Prema definiciji Ohmovog zakona, struja koja teče kroz vodilac ili otpornik između dvije točke direktno je proporcionalna razlici napona (ili razlici potencijala) na vodiču ili otporniku.

Ali… to može biti malo teško shvatiti.

Dakle, dobar intuitivni osjećaj za Ohmov zakon možemo dobiti koristeći neke analogije.

Analoga 1

Razmotrimo spremnik s vodom postavljen na određenoj visini iznad zemlje. Na dnu spremnika s vodom nalazi se čevljača, kao što je prikazano na sljedećoj slici.

Analoga 1.png

Tlak vode u paskalima na kraju čevljače je analogan naprezanju ili razlici potencijala u električnom krugu.
Brzina protoka vode u litrama po sekundi je analogna električnom struju u kulonima po sekundi u električnom krugu.
Ograničivači protoka vode, poput otvora postavljenih u cijevima između dvije točke, su analogni otpornicima u električnom krugu.

Stoga je brzina protoka vode kroz ograničivač otvora proporcionalna razlici tlaka vode na ograničivaču.

Slično tome, u električnom krugu, struja koja teče kroz vodilac ili otpornik između dvije točke je direktno proporcionalna razlici naprezanja ili razlike potencijala na vodiču ili otporniku.

Možemo također reći da je otpor koji se pruža protoku vode ovisan o duljini cijevi, materijalu cijevi i visini spremnika postavljenog iznad zemlje.

Ohmov zakon djeluje na sličan način u električnom krugu, gdje je električni otpor koji se pruža protoku struje ovisan o duljini vodiča i materijalu vodiča koji se koristi.

Analoga 2

Jednostavna analogija između hidrauličnog vodnog kruga i električnog kruga za opisivanje kako funkcionira Ohmov zakon prikazana je na sljedećoj slici.

Analoga 2.png Analoga 2.2.png

Kao što je prikazano, ako je tlak vode konstantan, a ograničenje povećano (što čini teže protok vode), tada se brzina protoka vode smanji.

Slično tome, u električnom krugu, ako je naprezanje ili razlika potencijala konstantna, a otpor povećan (što čini teže protok struje), tada se brzina protoka električnog naboja, tj. struja, smanji.

Sada, ako je ograničenje protoka vode konstantno, a pritisak pumpa se povećava, brzina protoka vode se povećava.

Na sličan način, u električnom krugu, ako je otpor konstantan, a potencijalna razlika ili napona se povećava, tada se brzina protoka električnog naboja, tj. struja, povećava.

Ohmova zakon formula

Odnos između napona ili potencijalne razlike, struje i otpora može se zapisati na tri različita načina.

Ako poznajemo dvije vrijednosti, možemo izračunati treću nepoznatu vrijednost koristeći odnos Ohmovog zakona. Stoga je Ohmov zakon vrlo koristan u elektroničkim i električnim formulama i izračunima.

Kada poznata struja teče kroz poznati otpor, pad napona kroz otpor može se izračunati pomoću odnosa

$\begin{align*} V = IR \,\, i.e., \,\, Potential \,\, Difference = Current * Resistance \end{align*}$

Kada je poznati napon primijenjen kroz poznati otpor, struja koja teče kroz otpor može se izračunati pomoću odnosa

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \,\, i.e., \,\, Struja = \frac{Potencijalna \,\, razlika}{Otpor} \end{align*}$

Kada je poznato napona primijenjeno na nepoznati otpor, a struja koja teče kroz otpor je također poznata, tada se vrijednost nepoznatog otpora može izračunati pomoću odnosa

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \,\, i.e., \,\, Otpor = \frac{Potencijalna \,\, razlika}{Struja} \end{align*}$

Ohmov zakon - formula za snagu

Snaga prijenos je umnožak napajanja i električne struje.

Sada, uvrstimo $V = I * R$ u jednadžbu (1) dobivamo,

$\begin{equation*} P = IR * I = I^2*R \end{equation*}$

Ova formula je poznata kao formula ohmičkih gubitaka ili formula toplinskog grijanja.

Sada, uvrstimo $I = \frac{V}{R}$ u jednadžbu (1) dobivamo,

(3) $\begin{equation*} P = V * \frac{V}{R}= \frac{V^2}{R} \end{equation*}$

Iz ove relacije možemo odrediti potrošnju snage u otporniku ako su poznati napon i otpor ili struja i otpor.

Također možemo odrediti nepoznatu vrijednost otpora koristeći ovu relaciju ako je poznat napon ili struja.

$\begin{align*} R = \frac{V^2}{P} \,\, \& \,\, R = \frac{P}{I^2} \end{align*}$

Ako su poznate bilo koje dvije varijable između snage napona struje i otpora tada koristeći Ohmov zakon možemo odrediti druge dvije varijable.

$\begin{align*} P = \frac{V^2}{R} \,\,or\,\,R = \frac{V^2}{P} \,\,or\,\, V = \sqrt{PR} \end{align*}$

$\begin{align*} P = {I^2}{R} \,\,or\,\, R = \frac{P}{I^2} \,\,or\,\, I = \sqrt{\frac{P}{R}} \end{align*}$

Ograničenja Ohmovog zakona

Neki ograničenja Ohmovog zakona obrađena su u nastavku.

Ohmov zakon ne vrijedi za sve nemetalne voditelje. Na primjer, za sičan karbid, odnos je dan s $V = KI^m$ gdje su K i m konstante i m<1.
Ohmov zakon se ne može primijeniti na sljedeće nelinearne elemente.

Otpor
Kapacitet
Poluprovodnici
Vakuumski cijevi
Elektroliti
Ugljeni otpornici
Lukućne svjetiljke
Zener dioda

(Napomena: Nelinearni elementi su oni u kojima odnos između struje i napona nije linearan, tj. struja nije točno proporcionalna primijenjenom naponu.)

Ohmov zakon vrijedi samo za metaličke voditelje pri konstantnoj temperaturi. Ako se temperatura promijeni, zakon ne vrijedi.
Ohmov zakon također ne vrijedi za unilateralne mreže. Napomena: Unilateralna mreža sadrži unilateralne elemente poput tranzistora, dioda itd. Unilaterani elementi su oni elementi koji dopuštaju protok struje samo u jednom smjeru.

Ohmov trokut

Osnovne formule Ohmovog zakona su sažete u Ohmovom trokutu.

Ohm’s Law Triangle.png

Vježbe s Ohmovim zakonom

Primjer 1

Kao što je prikazano na strujnoj krugu ispod, struja od 4 A teče kroz otpor od 15 Ω. Odredite pad napona na strujnoj krugu koristeći Ohmov zakon.

Rješenje:

Dati podaci: $I = 4\,\,A$ i $R = 15\,\,\Omega$

Prema Ohmovom zakonu,

$\begin{align*} \begin{split} V = I * R \\ = 4*15 \\ V = 60 \,\, Volts \end{split} \end{align*}$

Stoga, koristeći jednadžbu Ohmova zakona, dobivamo pad napona na strujnom krugu od 60 V.

Primjer 2

Kao što je prikazano u strujnom krugu ispod, napon od 24 V primijenjen je na otpor od 12 Ω. Odredite struju koja teče kroz otpornik koristeći Ohmov zakon.

$\begin{equation*} P = V * I \end{equation*}$

Rješenje:

Dane: $V = 24\,\,V$ i $R = 12\,\,\Omega$

Prema Ohmovom zakonu,

$\begin{align*} \begin{split} I = \frac{V}{R} \\ = \frac{24}{12} \\ I = 2 \,\, A (Ampere) \end{split} \end{align*}$

Stoga, koristeći jednadžbu Ohmova zakona, dobivamo struja koja teče kroz otpornik iznosi 2 A.

Primjer 3

Kao što je prikazano na shemi, napon napajanja iznosi 24 V, a struja koja teče kroz nepoznati otpor iznosi 2 A. Odredite nepoznatu vrijednost otpora pomoću Ohmova zakona.

Rješenje:

Dane: $V = 24\,\,V$ i $I = 2\,\,A$

Prema Ohmovom zakonu,

$\begin{align*} \begin{split} R = \frac{V}{I} \\ = \frac{24}{2} \\ R = 12 \,\, \Omega \end{split} \end{align*}$

Tako, koristeći Ohmov zakon, dobivamo nepoznatu vrijednost otpora $12\,\,\Omega$ .

Primjene Ohmovog zakona

Neki od primjena Ohmovog zakona uključuju:

Za izračun nepoznate razlike potencijala ili napona, otpora i toka struje u električnom krugu.
Ohmov zakon se koristi u elektroničkim krugovima za određivanje unutarnjeg pada napona na elektroničkim komponentama.
Ohmov zakon se koristi u mjerilicama za napon stavnog struja, posebno u DC ampermetrima gdje se koristi niski otpornik za odvajanje struje.

Izvor: Electrical4u

Izjava: Poštujte original, dobre članke vredne su dijeljenja, ako postoji kršenje autorskih prava molim kontaktirajte za brisanje.