Ohmov zakon: Kako funkcionira (formula i Ohmov trougao)

Electrical4u

Polje: Osnovna elektronika

China

Šta je Ohmov zakon?

Ohmov zakon navodi da električni tok koji teče kroz bilo koji vodil direktno proporcionalan je potencijalnoj razlici (naponu) između njegovih krajeva, pod uslovom da se fizičke karakteristike vodila ne menjaju.

Drugim rečima, odnos potencijalne razlike između bilo koja dva tačka vodila i toka koji teče između njih je konstantan, ako se fizički uslovi (npr. temperatura itd.) ne menjaju.

Matematički, Ohmov zakon može se izraziti kao,

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

Uvođenjem konstante proporcionalnosti, otpora R u gornjoj jednačini, dobijamo,

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

Gde je,

R je otpor vodila u ohmima ( $\Omega$ ),

I je struja kroz vodilac u Amperima (A),

V je napona ili potencijalna razlika merena na vodiocu u Voltima (V).

Ohmov zakon se primenjuje i na DC i AC.

Odnos između potencijalne razlike ili napona (V), struje (I) i otpornosti (R) u električnoj mreži prvi put je otkrio njemački fizičar George Simon Ohm.

Jedinica za otpornost je Ohm ( $\Omega$ ) nazvanih u čast George Simon Ohmu.

Kako funkcioniše Ohmov zakon?

Prema definiciji Ohmovog zakona, struja koja teče kroz vodilac ili otpornik između dve tačke je direktno proporcionalna razlici u naponu (ili potencijalnoj razlici) na vodiocu ili otporniku.

Ali… to može biti malo teško za razumeti.

Dakle, hajde da dobijemo bolji intuitivni osjećaj za Ohmov zakon koristeći neke analogije.

Analogy 1

Razmotrite rezervoar vode postavljen na određenoj visini iznad zemlje. Na dnu rezervoara se nalazi čev, kao što je prikazano na slici ispod.

Analogy 1.png

Tlak vode u paskalima na kraju čeve je analogan naprezanju ili razlici potencijala u električnoj mreži.
Brzina protoka vode u litrima po sekundi je analognog električnom struju u kulonima po sekundi u električnoj mreži.
Ograničivači protoka vode, poput otvora postavljenih u cevi između dve tačke, su analogni otpornicima u električnoj mreži.

Dakle, brzina protoka vode kroz ograničivač otvora je proporcionalna razlici tlaka vode kroz ograničivač.

Slično tome, u električnoj mreži, struja koja teče kroz vodilac ili otpornik između dve tačke je direktno proporcionalna razlici naprezanja ili razlike potencijala kroz vodilac ili otpornik.

Možemo takođe reći da je otpor koji se nudi protoku vode zavistan od dužine cevi, materijala cevi i visine rezervoara postavljenog iznad zemlje.

Ohmov zakon radi na sličan način u električnoj mreži, gde je električni otpor koji se nudi protoku struje zavisan od dužine vodioca i materijala vodioca koji se koristi.

Analogy 2

Jednostavna analogija između hidraulične vodene mreže i električne mreže za opisivanje kako Ohmov zakon funkcioniše prikazana je na slici ispod.

Analogy 2.png Analogy 2.2.png

Kao što je prikazano, ako je tlak vode konstantan i ograničenje se povećava (čime se čini teže protoku vode), tada se brzina protoka vode smanjuje.

Slično tome, u električnoj mreži, ako je naprezanje ili razlika potencijala konstantna i otpor se povećava (čime se čini teže protoku struje), tada se brzina protoka električnog naboja, tj. struja smanjuje.

Sada, ako ograničenje toka vode bude konstantno i pritisak pumpa se poveća, brzina toka vode će se povećati.

Slično tome, u električnoj kruni, ako je otpor konstantan i potencijalna razlika ili napona se poveća, tada će se brzina toka električnog naboja, tj. struja, povećati.

Ohmova zakon formula

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

Ako poznajemo bilo koje dve vrednosti, možemo izračunati treću nepoznatu vrednost koristeći odnos Ohmovog zakona. Tako, Ohmov zakon je vrlo koristan u elektronskim i električnim formulama i izračunavanjima.

Kada poznata električna struja teče kroz poznati otpor, tada se pad napona preko otpora može izračunati preko odnosa

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

Kada je poznati napon primenjen preko poznatog otpora, tada se struja koja teče kroz otpor može izračunati preko odnosa

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

Kada je poznato napona primenjeno na nepoznati otpor, a struja koja teče kroz otpor je takođe poznata, onda se vrednost 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 koja se prenosi jeste proizvod naponske ponude i električne struje.

Sada, stavite $V = I * R$ u jednačinu (1) dobijamo,

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

Ova formula je poznata kao formula ohmičkih gubitaka ili formula otpornosne grejanja.

Sada, uvrstimo $I = \frac{V}{R}$ u jednačinu (1) i dobijamo

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

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

Takođe, koristeći ovu vezu, možemo odrediti nepoznatu vrednost otpora 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 dve promenljive između snage, napona, struje i otpora, onda koristeći Ohmov zakon možemo odrediti druge dvije promenljive.

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

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

Ograničenja Ohmovog zakona

Neki od ograničenja Ohmovog zakona su diskutirani ispod.

Ohmov zakon se ne primenjuje na sve nemetalne vodilice. Na primer, za sičišni ugljen, odnos je dat sa $V = KI^m$ gde su K i m konstante i m<1.
Ohmov zakon se ne može primeniti na sledeće nelinearne elemente.

Otpor
Kapacitet
Poluprovodnici
Vakuumski cevi
Elektroliti
Угљени отпорници
Лучеви лампи
Зенер диод

(Напомена: Нелинеарни елементи су они у којима је однос између стрuja и напона нелинеаран, тј. стрuja није тачно пропорционална применjеном напону.)

Охмов закон важи само за металне проводнике при константној температури. Ако се температура промени, закон не важи.
Охмов закон такође не важи за једностране мреже. Напомена: Једнострана мрежа садржи једностране елементе као што су транзистори, диоди итд. Једностране елементе су ови елементи који дозвољавају проток стрuje само у једном смеру.

Троугао Охмовог закона

Основне формуле Охмовог закона су сумиране испод троугла Охмовог закона.

Ohm’s Law Triangle.png

Вежбе са Охмовим законом

Пример 1

Како је приказано на схеми испод, струја од 4 A протиче кроз отпор од 15 Ω. Одређујте пад напона кроз коло користећи Охмов закон.

Решење:

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

Prema Ohmovom zakonu,

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

Tako, koristeći jednačinu Ohmovog zakona, dobijamo pad napona na kolu od 60 V.

Primer 2

Kao što je prikazano na shemi ispod, napajanje od 24 V je primenjeno na otpor od 12 Ω. Odredite struju koja teče kroz otpornik koristeći Ohmov zakon.

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

Rešenje:

Dati podaci: $V = 24\,\,V$ i $R = 12\,\,\Omega$

Prema Ohmovom zakonu,

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

Tako, koristeći jednačinu Ohmova zakona, dobijamo da je struja koja protiče kroz otpornik 2 A.

Primer 3

Kao što je prikazano na šemi ispod, napajajuće napon iznosi 24 V, a struja koja protiče kroz nepoznati otpor iznosi 2 A. Odredite nepoznatu vrednost otpora koristeći Ohmov zakon.

Rešenje:

Dati podaci: $V = 24\,\,V$ i $I = 2\,\,A$

Prema Ohmovom zakonu,

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

Тако, коришћењем једначине Омовог закона, добијамо непознату вредност отпора $12\,\,\Omega$ .

Примена Омовог закона

Неке од примена Омовог закона су:

Израчунавање непознате разлике потенцијала или напона, отпора и струје у електричном колу.
Омов закон се користи у електронским колима за одређивање унутрашњег пада напона на електронским компонентама.
Омов закон се користи у колима за мерење једносмерне струје, посебно у једносмерним амперметрима где се користи нискоомски шант за одвођење струје.

Извор: Electrical4u

Изјава: Поштовати оригинал, добра текста вредна дељења, уколико постоји кршење молимо контактирати за брисање.