Ohmov zakon- fizički zakon koji određuje odnos između električnih veličina - napona, otpora i struje za provodnike.
Prvi ga je otkrio i opisao 1826. godine njemački fizičar Georg Ohm, koji je pokazao (koristeći galvanometar) kvantitativni odnos između elektromotorna sila, električna struja i svojstva provodnika, kao proporcionalni odnos.
Nakon toga, svojstva vodiča, sposobna izdržati električnu struju na osnovu ove ovisnosti, počela su se nazivati ​​električni otpor (otpor), označena u proračunima i na dijagramima slovom R i mjereno u omima u čast pronalazača.
Sam izvor električne energije takođe ima unutrašnji otpor, koji se obično označava slovom r.

Ohmov brat, Martin Ohm, borio se protiv njemačkog obrazovnog sistema. Svi ovi faktori otežali su prihvatanje Ohmovog rada, koji je u potpunosti prihvaćen tek u deceniji godine. Srećom, Omu je bio priznat za svoj doprinos nauci prije nego što je umro. Ova fluktuacija, poznata kao Johnson-Nyquist šum, nastaje zbog diskretnosti opterećenja. Ohmov zakon vrijedi za prosječnu struju za otporne materijale. Ohmov rad je prethodio Maxwellovim jednačinama, kao i svakom razumijevanju kola naizmjenična struja. Savremeni razvoji u oblasti elektromagnetske teorije i analize kola nisu u suprotnosti sa Ohmovim zakonom kada se vrednuju u odgovarajućim granicama.

Ohmov zakon za dio kola

Dakle školski kurs Fizičari su dobro upoznati sa klasičnom interpretacijom Ohmovog zakona:

Struja u vodiču je direktno proporcionalna naponu na krajevima vodiča i obrnuto proporcionalna njegovom otporu.

To znači, ako do krajeva vodiča otpor R= primijenjen napon od 1 oma U\u003d 1 volt, zatim trenutna vrijednost I u vodiču će biti jednak 1/1 \u003d 1 Amper.

Ovo je lako razumjeti analizom kola u kojem su serijski, izvora napona i otpornika od 6 oma. Možete uspostaviti odnos između napona baterije, vrijednosti otpornika i struje koju baterija opskrbljuje i cirkulira kroz otpornik. Iz iste formule možete očistiti napon kao funkciju struje i otpora, zatim Ohmov zakon. Dakle, veći otpor ima veći nagib.

Da bi zapamtio tri izraza Ohmovog zakona, on koristi trougao, koji ima mnogo zajedničkog sa gornjim formulama i može dati tri slučaja. Povećanje napona znači povećanje struje, a povećanje struje povećanje napona. Pri fiksnom naponu: povećanje struje uzrokuje smanjenje otpora, a povećanje otpora uzrokuje smanjenje struje pri DC: Napon prati otpor. Povećanje otpora uzrokuje povećanje napona, a povećanje napona uzrokuje povećanje otpora. Pri fiksnoj vrijednosti otpora: struja slijedi napon. . Ovaj zakon posebno proučava odnos između tri koncepta: protoka, razlike potencijala i elektriciteta.

Iz ovoga slijede još dvije korisne relacije:

Ako struja od 1 ampera teče u vodiču s otporom od 1 ohma, tada je napon na krajevima vodiča 1 volt (pad napona).

Ako na krajevima vodiča postoji napon od 1 volta i kroz njega teče struja od 1 ampera, tada je otpor vodiča 1 ohm.

Gore navedene formule u ovom obliku mogu se primijeniti na naizmjeničnu struju samo ako se krug sastoji samo od aktivni otpor R.
Osim toga, treba imati na umu da Ohmov zakon vrijedi samo za linearne elemente kola.

Ohmov zakon vam omogućava da objasnite fenomen električne struje

U svom najjednostavnijem obliku, ovaj zakon kaže da je struja koja teče kroz električni provodnik direktno proporcionalna razlici potencijala i, paralelno, obrnuto proporcionalna otporu. To je zbog prolaska elektrona s jedne tačke na drugu kroz vod, kao što je bakarna žica. Dakle, intenzitet struje se odnosi na broj elektrona koji prolaze kroz provodnik u datom vremenu, a njihovo mjerenje su pojačala.

Razlika potencijala, opšte poznata kao električni napon, je onaj koji omogućava elektronima da se kreću kroz provodnik, a njegova jedinica je volt. Konačno, otpor je veća ili manja opozicija koju neki provodnik predstavlja prolasku električne struje.

Nudi se jednostavan online kalkulator za praktične proračune.

Ohmov zakon. Proračun napona, otpora, struje, snage.
Nakon resetiranja, unesite bilo koja dva poznata parametra.

Ohmov zakon za zatvoreno kolo

Ako je eksterno kolo sa otporom priključeno na napajanje R, struja će teći u krugu, uzimajući u obzir unutrašnji otpor izvora:

Ova jednostavna formula objašnjava kako su napon, struja i otpor povezani. Otkriće Omovog zakona dogodilo se početkom devetnaestog veka, eri u kojoj je stvaranje električne struje već bilo poznato zahvaljujući istraživanju Aleksandra Volte. Njemački naučnik Georg Simon Ohm želio je da se udubi u napredak nove tekućine koju je otkrio Volta i počeo je eksperimentirati na svojstvima elektriciteta koristeći metalna tijela dok konačno nije otkrio zakon koji nosi njegovo ime.

Omov zakon je definitivno poboljšan Maxwellovom elektromagnetskom teorijom

Iako je Ohmov zakon bio ključni doprinos opisivanju kako električna energija funkcioniše, treba napomenuti da se ovaj zakon ne poštuje uvijek jer Georg Simon Ohm nije uzeo u obzir druge zakone koji ometaju električnu energiju, Kirchhoffove zakone. Mnogi električni fenomeni nisu bili objašnjeni sve dok naučnik Džejms Klerk Maksvel nije kombinovao elektricitet i takozvane Maksvelove zakone.

I- Jačina struje u kolu.
- Elektromotorna sila (EMF) - veličina napona izvora napajanja neovisna o vanjskom kolu (bez opterećenja). Characterized potencijalna energija izvor.
r- Unutrašnji otpor napajanja.

Za elektromotornu silu, vanjski otpor R i interni r spojeni u seriju, tada je veličina struje u krugu određena vrijednošću EMF-a i zbirom otpora: I = /(R+r) .

Poznato i kao napon ili napon, ali kako one povezuju obje veličine? Bio je to fizičar Georg Simon Ohm, učitelj srednja škola, od kojih je prvi uspostavio ovaj odnos, koji danas poznajemo kao Ohmov zakon. Struja koja teče kroz vodič direktno je proporcionalna razlici potencijala između njegovih krajeva i obrnuto proporcionalna njegovom električnom otporu.

Vozači koji poštuju Ohmov zakon

Izraz Ohmovog zakona također se obično piše na sljedeći način. Ovaj posljednji izraz je vrlo važan jer odražava smanjenje ili gubitak električni potencijal između dve tačke otpora. Izraz Ohmovog zakona se široko koristi za analizu jednostavnih kola. Međutim, ovo nije primjenjivo u većini situacija. Kao što smo prethodno proučavali u odjeljku o električnom otporu, otpor tijela ovisi o.

Napon na terminalima vanjskog kola će se odrediti na osnovu jačine struje i otpora R odnos, o kojem je već bilo riječi: U=IR.
voltaža U, prilikom spajanja opterećenja R, uvijek će biti manji od EMF-a za vrijednost proizvoda I*r, što se naziva pad napona na unutrašnjem otporu izvora napajanja.
Sa ovim fenomenom se susrećemo prilično često kada vidimo djelomično ispražnjene baterije ili akumulatore u radu.
Kako se prazne, njihov unutrašnji otpor se povećava, pa se stoga povećava pad napona unutar izvora, što znači da se vanjski napon smanjuje. U = - I*r.
Što je niža struja i unutrašnji otpor izvora, to je bliža vrijednost njegovog EMF-a i napona na njegovim terminalima U.
Ako je struja u kolu nula, tada je = U. Kolo je otvoreno, EMF izvora je jednak naponu na njegovim terminalima.

Stoga se Ohmov zakon primjenjuje samo kada je vozač unutar određenog temperaturnog raspona. Ohmov zakon vrijedi samo za neke materijale, koji se nazivaju omskim, ali se ne primjenjuje na uzorke joniziranog plina i drugih provodnika koji se nazivaju neaksijalni. Materijal koji ga čini. . Najpoznatija je bila ona koju je napravio Holanđanin Musbrok u gradu Lajdenu, koja je poznata kao Leidenska boca.

Radnja izlaganja krajeva tijela razlici potencijala uzrokuje kontinuirano i uređeno kretanje naelektrisanja u jednom smjeru, što se naziva "električna struja". Proučavanje pokretnih naelektrisanja naziva se "elektrodinamika". Međutim, poznavajući strukturu atoma, znamo da je njegova vrijednost od negativne do pozitivne. Dakle, kažemo da je tijelo pozitivno nabijeno kada je izgubilo elektrone, a negativno kada je pokupilo elektrone.

U slučajevima kada se unutrašnji otpor izvora može zanemariti ( r≈ 0), napon na terminalima izvora će biti jednak EMF ( ≈ U) bez obzira na otpor vanjskog kola R.
Takvo napajanje se zove izvor napona.

Ohmov zakon za naizmjeničnu struju

Ako postoji induktivnost ili kapacitivnost u AC kolu, njihova reaktancija se mora uzeti u obzir.
U ovom slučaju, Ohmov zakon će biti napisan kao:

To je tok elektrona koji kruži kroz provodnik. Može se dobiti kao količina naelektrisanja koja teče kroz poprečni presek provodnika u određenom vremenskom periodu. Uređaj koji mjeri intenzitet naziva se ampermetar. To je onaj gdje tok naelektrisanja u provodniku uvijek teče u istom smjeru. Stvaraju ga baterije.

Svaki terminal se naziva pol, koji može biti pozitivan ili negativan. To je onaj gdje tok naelektrisanja na vozaču ciklički mijenja svoj smjer u vremenu. Efekti električne struje Prolazak električne struje kroz provodnike ima različite efekte u zavisnosti od prirode provodnika i intenziteta struje.

Evo Z- ukupni (kompleksni) otpor kola - impedansa. Uključuje aktivne R i reaktivan X komponente.
Reaktancija ovisi o ocjenama reaktivnih elemenata, o frekvenciji i obliku struje u kolu.
Sa kompleksnim otporom možete se detaljnije upoznati na stranici impedansa.

Ova struja djeluje direktno na nervni sistem izazivaju kontrakcije nerava. Kada se to dogodi, kaže se da je strujni udar. Kao rezultat ovih sudara, atomi povećavaju svoju vibracijsku energiju i materijal se zagrijava. Ovaj efekat se koristi u pećima, anaframa, fenovima za kosu itd.

Dakle, kada se magnetna igla približi provodljivoj struji, primećuje se da igla naglo odstupa od svog položaja. Ovaj efekat je možda i najvažniji u tehnološkom smislu. Električna energija se pretvara u svjetlosnu energiju kao što su fluorescentna svjetla, cijevi za pražnjenje i svjetlosne diode.

Uzimajući u obzir fazni pomak φ , stvoren reaktivnim elementima, za sinusoidnu naizmjeničnu struju obično se piše Ohmov zakon u složenom obliku:

Kompleksna amplituda struje. = I amp e jφ
- kompleksna amplituda napona. = U amp e jφ
- kompleksni otpor. Impedansa.
φ - fazni ugao između struje i napona.
e je konstanta, baza prirodnog logaritma.
j je imaginarna jedinica.
I amp, U amp- amplitudske vrijednosti sinusoidne struje i napona.

Na primjer, ako struja prođe kroz kiselu vodu, ona se razlaže na kisik i vodik. napon ili elektromotorna sila je energija potrebna za kretanje naelektrisanja kroz provodnik. Također je poznat kao napon ili razlika potencijala. Može se generirati pomoću baterije, akumulatora ili alternatora.

Uobičajeni instrument se naziva multimetar, koji se može mjeriti pored volta, ampera, oma itd. Napon = Napon = Razlika potencijala. Ovo je prirodna suprotnost bilo kojeg materijala prolasku električne struje. U slučaju pravog vodiča, električni otpor ovisi o dužini, površini i otpornosti materijala.

Nelinearni elementi i kola

Ohmov zakon nije fundamentalni zakon prirode i može biti primjenjiv u ograničenim slučajevima, na primjer, za većinu provodnika.
Ne može se koristiti za izračunavanje napona i struje u poluvodičkim ili vakuumskim uređajima, gdje ova ovisnost nije proporcionalna i može se odrediti samo pomoću strujno-naponske karakteristike (CVC). U ovu kategoriju elemenata spadaju svi poluvodički uređaji (diode, tranzistori, zener diode, tiristori, varikapi itd.) i vakuumske cijevi.
Takvi elementi i kola u kojima se koriste nazivaju se nelinearni.

Dužina: Otpor će biti veći što je provodnik duži, jer će i broj udara elektrona biti veći. Priroda materijala: zbog molekularnog sastava, materijali imaju različite stepene otpornosti, što je predstavljeno koeficijentom otpornosti, koji je predstavljen grčkim slovom ρ.

U tabeli su prikazane vrijednosti specific električni otpor neke supstance. Upoređujući gore navedene faktore, možemo to utvrditi. Konstanta proporcionalnosti odgovara koeficijentu otpornosti, a njena vrijednost je karakteristična za svaku supstancu. AT međunarodni sistem izražava se u Ω. m.

Godine 1826. njemački naučnik Georg Ohm napravio je otkriće i opisao
empirijski zakon o odnosu između indikatora kao što su jačina struje, napon i karakteristike vodiča u krugu. Nakon toga, po imenu naučnika, počeo je da se naziva Ohmov zakon.

Kasnije se pokazalo da ove karakteristike nisu ništa drugo do otpor provodnika koji nastaje u procesu njegovog kontakta sa strujom. Ovo je vanjski otpor (R). Postoji i unutrašnji otpor (r) specifičan za izvor struje.

Toplinsko miješanje čestica provodnika povećava se ili toplinom dovedenom izvana ili samim udarima između elektrona i atoma. Zbog ovog povećanja sudara, slobodni elektroni će se češće zaustavljati, pa će se struja smanjiti.

α koeficijenti zavise od svakog materijala. Primjer 1 - Proračun otpornosti. Odredite otpornost provodnik dužine 4 km, presjeka od 16 mm2 i otpora od 20 oma. Rješenje: Primjenjujemo formulu. Iz ovoga preciziramo otpornost ρ.

Ohmov zakon za dio kola

Prema generaliziranom Ohmovom zakonu za određeni dio kola, jačina struje u dijelu kola je direktno proporcionalna naponu na krajevima dijela i obrnuto proporcionalna otporu.

Gdje je U napon krajeva sekcije, I je jačina struje, R je otpor vodiča.

Uzimajući u obzir gornju formulu, moguće je pronaći nepoznate vrijednosti U i R jednostavnim matematičkim operacijama.

Primjer 2 - Proračun dužine provodnika. Izračunajte dužinu žice željezo-nikl prečnika 6 mm i otpora od 500 oma. Rješenje. Prvo izračunajte poprečni presjek iz promjera. Njemački fizičar George Ohm odlučio je da, da bi električna struja prošla kroz provodnik, mora postojati električni napon na njegovim krajevima; stoga, mora postojati odnos između napona kojim strujno kolo prolazi i struje koja prolazi kroz njega.

Uspostavivši analogiju između električne struje i struje fluida, Ohm je otkrio da je struja direktno proporcionalna naponu, bilo da je u pitanju kompletno kolo ili, u slučaju provodnika, razlika potencijala između njegovih krajeva; nešto slično onome što se dešava u vodovodnoj cevi, gde je protok proporcionalan razlici pritiska između krajeva dotičnog dela.

Gore navedene formule važe samo kada mreža iskusi jedan otpor.

Ohmov zakon za zatvoreno kolo

Snaga struje kompletan lanac jednak EMF podijeljen sa zbirom otpora homogenih i nehomogenih dijelova kola.

Zatvorena mreža ima i unutrašnje i vanjske otpore. Stoga će formule relacija biti različite.

Zatim bi trebalo očistiti predloženi izraz. Izračunajte otpor električnog uređaja ako je izložen naponu od 12 V i struji od 20 mA. Obratite pažnju na otpor peći, koja troši 3 ampera na 120 volti.

Rešenje: Primenjujemo Ohmov zakon. Koja razlika potencijala se mora primijeniti na reostat od 30 oma da bi kroz njega cirkulirao 5 ampera? Povezivanje provodnih elemenata omogućava cirkulaciju električne struje. Na bilo koji električno kolo potrošnja ili otpor su elementi koji se transformišu električna energija u neku drugu vrstu energije.

Gdje je E elektromotorna sila (EMF), R je vanjski otpor izvora, r je unutarnji otpor izvora.

Ohmov zakon za nehomogeni dio lanca

Zatvorena električna mreža sadrži dionice linearne i nelinearne prirode. Sekcije koje nemaju izvor struje i ne ovise o vanjskim utjecajima su linearne, a dionice koje sadrže izvor su nelinearne.

Gore je naveden Ohmov zakon za dio mreže homogene prirode. Zakon o nelinearnoj dionici imat će sljedeći oblik:

I = U/ R = f1 – f2 + E/ R

Gdje je f1 - f2 razlika potencijala na krajnjim tačkama razmatrane dionice mreže

R je ukupni otpor nelinearnog dijela kola

Emf nelinearnog dijela kola je veći od nule ili manji. Ako je smjer kretanja struje koja dolazi iz izvora sa kretanjem struje u električnoj mreži isti, prevladat će kretanje pozitivnih naboja i EMF će biti pozitivan. U slučaju poklapanja pravaca, promet u mreži će biti pojačan negativnih naboja kreiran od strane EMF-a.

Ohmov zakon za naizmjeničnu struju

S kapacitetom ili inercijom dostupnim u mreži, potrebno je u proračunima uzeti u obzir da oni daju svoj otpor, od čijeg djelovanja struja postaje promjenjiva.

Ohmov zakon za naizmjeničnu struju izgleda ovako:

gdje je Z otpor po cijeloj dužini električne mreže. Takođe se naziva impedansa. Impedansu čine aktivni i reaktivni otpori.

Omov zakon nije osnovni naučni zakon, već samo empirijska relacija i u nekim uslovima se možda neće poštovati:

  • Kada mreža ima visoku frekvenciju, elektromagnetno polje se mijenja od velika brzina, a u proračunima je potrebno uzeti u obzir inerciju nosilaca naboja;
  • U uslovima niske temperature sa supstancama koje imaju supravodljivost;
  • Kada se provodnik jako zagreje prolaznim naponom, odnos struje i napona postaje promenljiv i možda neće slediti opšti zakon;
  • Kada je provodnik ili dielektrik pod visokim naponom;
  • U LED lampama;
  • Poluprovodnici i poluprovodnički uređaji.

Zauzvrat, elementi i provodnici koji poštuju Ohmov zakon nazivaju se omskim.

Ohmov zakon može pružiti objašnjenje za neke prirodne pojave. Na primjer, kada vidimo ptice kako sjede na visokonaponskim žicama, imamo pitanje - zašto na njih ne utiče struja? Ovo se objašnjava prilično jednostavno. Ptice, koje sjede na žicama, su neka vrsta provodnika. Najveći dio napetosti pada na praznine između ptica, a udio koji pada na same "vodiče" ne predstavlja opasnost za njih.

Ali ovo pravilo funkcionira samo s jednim kontaktom. Ako ptica kljunom ili krilom dotakne žicu ili telegrafski stup, neizbježno će umrijeti od ogromnog stresa koji ta područja nose. Takvi slučajevi se dešavaju posvuda. Stoga, iz sigurnosnih razloga, neki naselja postavljeni su posebni uređaji za zaštitu ptica od opasnog napona. Na takvim perjanicama ptice su potpuno sigurne.

Ohmov zakon se također široko primjenjuje u praksi. Struja je smrtonosna za osobu samo jednim dodirom gole žice. Ali u nekim slučajevima otpor ljudsko tijelo može biti drugačije.

Tako, na primjer, suha i netaknuta koža ima veću otpornost na struju od rane ili kože prekrivene znojem. Usljed umora, nervna napetost i intoksikacija, čak i uz mali napon, osoba može dobiti jak strujni udar.

Otpor ljudskog tijela je u prosjeku 700 oma, što znači da je napon od 35 V siguran za osobu. Rad sa visokim naponom koriste stručnjaci.