Vysvětlení Ohmova zákona. Nejdůležitějším zákonem elektrotechniky je Ohmův zákon

Ohmův zákon vypadá tak jednoduše, že obtíže, které bylo nutné překonat při jeho stanovení, jsou přehlíženy a zapomenuty. Ohmův zákon není snadné testovat a neměl by být považován za zjevnou pravdu; U mnoha materiálů to skutečně není pravda.

V čem přesně tyto obtíže spočívají? Není možné zjistit, co způsobí změna počtu prvků voltaického sloupce určením proudu při různém počtu prvků?

Jde o to, že když vezmeme jiné číslo prvky, měníme celý obvod, protože další prvky mají také další odpor. Proto je nutné najít způsob, jak změnit napětí bez výměny samotné baterie. Kromě toho různé hodnoty proudu zahřívají drát na různé teploty a tento efekt může také ovlivnit sílu proudu. Ohm (1787-1854) tyto obtíže překonal využitím fenoménu termoelektriky, který objevil Seebeck (1770-1831) v roce 1822.

Tento jev je pozorován, když se spoj vyrobený ze dvou různých materiálů zahřeje: vybudí se malé napětí, které může vytvořit proud. Seebeck tento efekt objevil experimentováním s antimonovými a vizmutovými deskami a jako proudový detektor použil cívku s velkým počtem závitů, uvnitř které byl vložen malý magnet. Seebeck pozoroval vychýlení magnetu pouze při stlačování desek k sobě rukama a brzy si uvědomil, že účinek je způsoben teplem jeho ruky. Poté začal desky zahřívat lampou a získal mnohem větší odchylku. Seebeck plně nepochopil účinek, který objevil, a nazval jej „magnetická polarizace“.

Ohm použil jako zdroj termoelektrický jev elektromotorická síla. Při konstantním teplotním rozdílu by mělo být napětí termočlánku velmi stabilní a vzhledem k tomu, že proud je nízký, nemělo by docházet k znatelnému zahřívání. V souladu s těmito úvahami vyrobil Ohm přístroj, který by zřejmě měl být považován za první skutečný přístroj pro výzkum v oblasti elektřiny. Předtím se používaly pouze hrubé nástroje.

Horní válcová část zařízení Ohm je proudový detektor - torzní vyvážení, ab a a" b" - termočlánky ze dvou měděných drátů připájených k příčné vizmutové tyči; m a m" - kelímky se rtutí, ke kterým se daly připojit termočlánky. Ke kelímkům byl připojen vodič, jehož konce byly před ponořením do rtuti pokaždé odizolovány.

Om si byl vědom důležitosti čistoty materiálů. Ponechal křižovatku a ve vroucí vodě a pustil křižovatku a do směsi ledu a vody a pozoroval výchylku galvanometru.

Ohmovu typickou německou důkladnost a smysl pro detail lze dát do kontrastu s téměř chlapským nadšením, které Faraday ve své práci projevoval. Ve fyzice jsou zapotřebí oba přístupy: ten druhý obvykle dává podnět ke studiu otázky a od prvního se vyžaduje, aby ji pečlivě prostudoval a vybudoval rigorózní teorii založenou na přesných kvantitativních výsledcích.

Ohm použil osm segmentů jako vodiče měděný drát různé délky. Nejprve nebyl schopen získat reprodukovatelné výsledky, ale o týden později zřejmě seřídil přístroj a získal řadu hodnot pro každý z vodičů. Tyto hodnoty byly úhly zkroucení závěsného závitu, při kterých se šipka vrátila na nulu. Ohm ukázal, že při správné volbě konstant A a B souvisí délka x a úhel zkroucení X závitu vztahem X = (A / B+ z)

Tento vztah můžete ilustrovat vynesením x versus 1/X.

Ohm zopakoval svůj experiment s mosazným drátem a získal stejný výsledek s jinou hodnotou A a stejnou hodnotou B. Pro termočlánkové přechody vzal teploty 0 a 7,5 ° podle Reaumura (9,4 ° C) a zjistil, že odchylky zaznamenal pokles asi 10krát.

Pokud tedy předpokládáme, že napětí produkované zařízením je úměrné teplotnímu rozdílu - jak nyní víme, je přibližně pravdivé - pak se ukáže, že proud je úměrný tomuto napětí. Ohm také ukázal, že proud je nepřímo úměrný určité veličině v závislosti na délce drátu. Ohm tomu říkal odpor a je třeba předpokládat, že veličina B představuje odpor zbytku obvodu.

Ohm tedy ukázal, že proud je úměrný napětí a nepřímo úměrný impedanci obvodu. Na složitý experiment to byl pozoruhodně jednoduchý výsledek. Alespoň nám to tak nyní mělo připadat.

Ohmovi současníci, zvláště jeho krajané, uvažovali jinak: možná to byla jednoduchost Ohmova zákona, co v nich vzbudilo podezření. Om se ve své kariéře potýkal s problémy a byl v nouzi; Om byl obzvláště deprimován skutečností, že jeho díla nebyla uznána. Ke cti Velké Británie a zejména Královské společnosti je třeba říci, že se zde Ohmově práci dostalo zaslouženého uznání. Óm patří mezi ty velké muže, jejichž jména se často vyskytují napsaná malými písmeny: název „om“ byl dán jednotce odporu.

G. Linson "Velké experimenty ve fyzice"

Jako je elektrický proud, napětí, odpor a výkon. Nastal čas pro základní elektrické zákony, takříkajíc, základ, bez jejichž znalosti a pochopení není možné studovat a pochopit elektronické obvody a zařízení.

Ohmův zákon

Elektrický proud, napětí, odpor a výkon spolu jistě souvisí. A vztah mezi nimi je bezpochyby popsán nejdůležitějším elektrickým zákonem - Ohmův zákon. Ve zjednodušené podobě se tento zákon nazývá: Ohmův zákon pro úsek obvodu. A tento zákon zní takto:

"Síla proudu v části obvodu je přímo úměrná napětí a nepřímo úměrná elektrickému odporu dané části obvodu."

Pro praktická aplikace Vzorec Ohmova zákona může být reprezentován ve formě takového trojúhelníku, který kromě hlavního znázornění vzorce pomůže určit další veličiny.

Trojúhelník funguje následovně. Chcete-li vypočítat jednu z veličin, stačí ji zakrýt prstem. Například:

V předchozím článku jsme nakreslili analogii mezi elektřinou a vodou a identifikovali vztah mezi napětím, proudem a odporem. Dobrým výkladem Ohmova zákona může být také následující obrázek, který jasně ukazuje podstatu zákona:

Na něm vidíme, že „Volt“ (napěťový) muž tlačí „Ampérového“ (proudového) muže skrz vodič, který přitahuje „Ohm“ (odpor) muže k sobě. Ukazuje se tedy, že čím silnější odpor stlačuje vodič, tím hůře jím prochází proud („síla proudu je nepřímo úměrná odporu části obvodu“ - nebo čím větší je odpor, tím horší je to pro proud a čím je menší). Ale napětí nespí a tlačí proud vší silou (čím vyšší napětí, tím větší proud nebo - „síla proudu v části obvodu je přímo úměrná napětí“).

Když baterka začne slabě svítit, řekneme „baterie je vybitá“. Co se s ním stalo, co to znamená, že je vybitý? To znamená, že napětí baterie kleslo a již není schopna „pomáhat“ proudu překonat odpor obvodu svítilny a žárovky. Ukazuje se tedy, že čím vyšší napětí, tím větší proud.

Sériové zapojení - sériový obvod

Při sériovém připojení spotřebičů, například běžných žárovek, je proud v každém spotřebiči stejný, ale napětí se bude lišit. U každého spotřebiče napětí klesne (poklesne).

A Ohmův zákon v sériovém obvodu bude vypadat takto:

Při sériovém zapojení se odpory spotřebičů sčítají. Vzorec pro výpočet celkového odporu:

Paralelní zapojení - paralelní obvod

Na paralelní připojení, je na každý spotřebič aplikováno stejné napětí, ale proud každým ze spotřebičů, pokud je jejich odpor odlišný, bude odlišný.

Ohmův zákon pro paralelní obvod, skládající se ze tří spotřebitelů, bude mít podobu:

Na paralelní připojení celkový odpor obvodu bude vždy menší než hodnota nejmenšího jednotlivého odporu. Nebo také říkají, že „odpor bude menší než nejmenší“.

Celkový odpor obvodu sestávajícího ze dvou spotřebičů v paralelním zapojení:

Celkový odpor obvodu sestávajícího ze tří spotřebičů v paralelním zapojení:

Pro více spotřebičů se výpočet provádí na základě skutečnosti, že při paralelním zapojení se vodivost (převrácená hodnota odporu) vypočítá jako součet vodivosti každého spotřebiče.

Elektrická energie

Výkon je fyzikální veličina, která charakterizuje rychlost přenosu nebo převodu elektrická energie. Výkon se vypočítá podle následujícího vzorce:

Když tedy známe napětí zdroje a změříme odebíraný proud, můžeme určit výkon spotřebovaný elektrickým spotřebičem. A naopak, když známe výkon elektrického spotřebiče a síťové napětí, můžeme určit množství spotřebovaného proudu. Takové výpočty jsou někdy nutné. K ochraně elektrických spotřebičů se používají například pojistky nebo jističe. Pro výběr správných ochranných pomůcek je potřeba znát proudový odběr. Pojistky použité v domácí přístroje, zpravidla podléhají opravě a stačí je obnovit

Síla proudu v části obvodu je přímo úměrná napětí a nepřímo úměrná elektrickému odporu dané části obvodu.

Ohmův zákon je napsán takto:

Kde: I - proud (A), U - napětí (V), R - odpor (Ohm).

To je třeba mít na paměti Ohmův zákon je základní(základní) a lze ji aplikovat na jakýkoli fyzikální systém, ve kterém dochází k tokům částic nebo polí, které překonávají odpor. Lze jej použít k výpočtu hydraulických, pneumatických, magnetických, elektrických, světelných a tepelných toků.

Ohmův zákon definuje vztah mezi třemi základními veličinami: proudem, napětím a odporem. Uvádí, že proud je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu.

Proud teče z bodu s přebytkem elektronů do bodu s nedostatkem elektronů. Dráha, kterou prochází proud, se nazývá elektrický obvod. Všechny elektrické obvody se skládají z aktuální zdroj, zatížení A vodičů. Zdroj proudu poskytuje potenciální rozdíl, který umožňuje proudění proudu. Zdrojem energie může být baterie, generátor nebo jiné zařízení. Zátěž odolává toku proudu. Tento odpor může být vysoký nebo nízký v závislosti na účelu obvodu. Proud v obvodu protéká vodiči od zdroje k zátěži. Vodič musí elektrony snadno odevzdat. Většina vodičů používá měď.

Cesta elektrický proud k zátěži může procházet třemi typy obvodů: sériovým obvodem, paralelním nebo sériově paralelním obvodem. Proud elektronů v elektrický obvod proudí od záporné svorky zdroje proudu přes zátěž ke kladné svorce zdroje proudu.

Dokud není tato cesta přerušena, obvod je uzavřen a proud teče.

Pokud je však cesta přerušena, obvod se otevře a proud jím nebude moci protékat.

Proud v elektrickém obvodu lze změnit změnou buď použitého napětí nebo odporu obvodu. Proud se mění ve stejných proporcích jako napětí nebo odpor. Pokud se napětí zvýší, zvýší se i proud. Pokud se napětí sníží, sníží se i proud. Na druhou stranu, pokud se odpor zvýší, proud se sníží. Pokud se odpor sníží, proud se zvýší. Tento vztah mezi napětím, proudem a odporem se nazývá Ohmův zákon.

Ohmův zákon říká, že proud v obvodu (sériovém, paralelním nebo sériově paralelním) je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu

Při určování neznámých veličin v obvodu dodržujte tato pravidla:

Nakreslete schéma zapojení a označte všechny známé veličiny.
Proveďte výpočty pro ekvivalentní obvody a překreslete obvod.
Vypočítejte neznámé veličiny.

Pamatujte: Ohmův zákon platí pro jakoukoli část obvodu a lze jej kdykoli použít. Stejný proud protéká sériovým obvodem a stejné napětí je aplikováno na kteroukoli větev paralelního obvodu.

Historie Ohmova zákona

Georg Ohm, provádějící experimenty s vodičem, zjistil, že síla proudu ve vodiči je úměrná napětí aplikovanému na jeho konce. Koeficient úměrnosti se nazývá elektrická vodivost a hodnota se obvykle nazývá elektrický odpor vodiče. Ohmův zákon byl objeven v roce 1826.

Níže jsou animace obvodů ilustrující Ohmův zákon. Všimněte si, že (na prvním obrázku) ampérmetr (A) je ideální a má nulový odpor.

Tato animace ukazuje, jak se mění proud v obvodu při změně použitého napětí.

Následující animace ukazuje, jak se mění proud v obvodu se změnou odporu.

Jeden z nejpoužívanějších zákonů v elektrotechnice. Tento zákon odhaluje vztah mezi třemi nejdůležitějšími veličinami: proudem, napětím a odporem. Toto spojení objevil Georg Ohm ve 20. letech 19. století, a proto dostal tento zákon svůj název.

Formulace Ohmova zákona další:
Velikost proudu v části obvodu je přímo úměrná napětí aplikovanému na tuto část a nepřímo úměrná jejímu odporu.

Tato závislost může být vyjádřena vzorcem:

Kde I je síla proudu, U je napětí aplikované na část obvodu a R je elektrický odpor části obvodu.
Jsou-li tedy dvě z těchto veličin známé, lze třetí snadno vypočítat.
Ohmův zákon lze pochopit jednoduchý příklad. Řekněme, že potřebujeme spočítat odpor vlákna žárovky baterky a známe provozní napětí žárovky a proud potřebný pro její činnost (žárovka sama, tak víte, má proměnlivý odpor, ale pro příklad to budeme brát jako konstantní). Chcete-li vypočítat odpor, musíte vydělit napětí proudem. Jak si zapamatovat vzorec Ohmova zákona, aby bylo možné správně provádět výpočty? A je to velmi snadné! Stačí si udělat připomenutí jako na obrázku níže.
Nyní, když některou z veličin zakryjete rukou, okamžitě pochopíte, jak ji najít. Pokud zavřete písmeno I, je jasné, že k nalezení proudu musíte vydělit napětí odporem.
Nyní pojďme zjistit, co ve formulaci zákona znamenají slova „přímo úměrný a nepřímo úměrný“. Výraz „množství proudu v části obvodu je přímo úměrné napětí aplikovanému na tuto část“ znamená, že pokud se napětí v části obvodu zvýší, zvýší se i proud v této části. Jednoduše řečeno, čím větší napětí, tím větší proud. A výraz „nepřímo úměrný jeho odporu“ znamená, že čím větší je odpor, tím menší bude proud.
Uvažujme příklad s provozem žárovky ve svítilně. Předpokládejme, že svítilna potřebuje k provozu tři baterie, jak je znázorněno na obrázku níže, kde GB1 - GB3 jsou baterie, S1 je vypínač, HL1 je žárovka.

Předpokládejme, že odpor žárovky je podmíněně konstantní, i když při zahřívání se její odpor zvyšuje. Jas žárovky bude záviset na síle proudu, čím vyšší je, tím jasnější žárovka hoří. Nyní si představte, že místo jedné baterie jsme vložili propojku, čímž jsme snížili napětí.
Co se stane s žárovkou?
Bude svítit slaběji (síla proudu se snížila), což potvrzuje Ohmův zákon:
čím nižší napětí, tím nižší proud.

Takto jednoduše funguje tento fyzikální zákon, se kterým se setkáváme v běžném životě.
Bonus, komiksový obrázek speciálně pro vás, který neméně barvitě vysvětluje Ohmův zákon.

Toto byl recenzní článek. O tomto zákonu hovoříme podrobněji v dalším článku „“, přičemž se na vše podíváme pomocí dalších složitějších příkladů.

Pokud se vám nedaří s fyzikou, použijte angličtinu pro děti (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_language) jako alternativní možnost rozvoje.

Ohmův zákon pro kompletní řetěz- empirický (získaný z experimentu) zákon, který stanoví vztah mezi proudovou silou, elektromotorickou silou (EMF) a vnějším a vnitřním odporem v obvodu.

Při provádění skutečného výzkumu elektrické charakteristikyřetězy s DC je nutné počítat s odporem samotného zdroje proudu. Ve fyzice se tedy provádí přechod z ideální zdroj proudu do skutečného zdroje proudu, který má svůj odpor (viz obr. 1).

Rýže. 1. Obraz ideálních a reálných zdrojů proudu

Uvažování zdroje proudu s vlastním odporem vyžaduje použití Ohmova zákona pro celý obvod.

Zformulujme Ohmův zákon pro úplný obvod následovně (viz obr. 2): proudová síla v úplném obvodu je přímo úměrná emf a nepřímo úměrná celkovému odporu obvodu, kde celkový odpor je chápán jako součet vnějších a vnitřních odporů.

Rýže. 2. Schéma Ohmova zákona pro úplný obvod.

R – vnější odpor [Ohm];
r – odpor zdroje EMF (interní) [Ohm];
I – síla proudu [A];
ε – EMF zdroje proudu [V].

Podívejme se na některé problémy toto téma. Úlohy z Ohmova zákona pro úplný obvod dostávají obvykle žáci 10. ročníku, aby lépe porozuměli zadanému tématu.

I. Určete proud v obvodu se žárovkou, odporem 2,4 Ohm a zdrojem proudu, jehož emf je 10 V, a vnitřní odpor 0,1 Ohm.

Podle definice Ohmova zákona pro úplný obvod je proudová síla rovna:

II. Určete vnitřní odpor zdroje proudu s emf 52 V. Pokud je známo, že při zapojení tohoto zdroje proudu do obvodu s odporem 10 Ohm ukazuje ampérmetr hodnotu 5 A.

Napišme Ohmův zákon pro celý obvod a vyjádřime z něj vnitřní odpor:

III. Jednoho dne se jeden školák zeptal svého učitele fyziky: "Proč se vybila baterie?" Jak správně odpovědět na tuto otázku?

Již víme, že skutečný zdroj má svůj odpor, který je dán buď odporem roztoků elektrolytů pro galvanické články a baterie, nebo odporem vodičů u generátorů. Podle Ohmova zákona pro úplný obvod:

proto se proud v obvodu může snížit buď v důsledku snížení emf nebo zvýšení vnitřního odporu. Hodnota emf baterie je téměř konstantní. V důsledku toho se proud v obvodu snižuje v důsledku zvýšení vnitřního odporu. Takže se „baterie“ vybije, protože se zvýší její vnitřní odpor.