Osnovni zakon elektrotehnike, pomoću kojeg možete proučavati i izračunavati električna kola, je Ohmov zakon, koji uspostavlja odnos između struje, napona i otpora. Neophodno je jasno razumjeti njegovu suštinu i biti u stanju da je pravilno koristite u rješavanju praktičnih problema. Često se prave greške u elektrotehnici zbog nemogućnosti ispravne primjene Ohmovog zakona.

Količina vode koja teče kroz cijev u jedinici vremena jednaka je intenzitetu električne struje. Umjesto razlike u visini između nivoa vode od jednog rezervoara do drugog, koristi se razlika potencijala primijenjena na krajeve vozača. Otpor prolazu tekućine u cijev jednak je električnom otporu žice.

Zahvaljujući ovim analogama, Ohm je sugerirao da je intenzitet električne struje određen odnosom između veličine razlike potencijala i električnog otpora vodiča. Ovaj zakon je poznat kao Ohmov zakon. Ova konstanta je otpor provodnika.

Ohmov zakon za dio kola kaže da je struja direktno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu.

Ako se napon koji djeluje u električnom kolu poveća nekoliko puta, tada će se struja u ovom krugu povećati za isti iznos. A ako povećate otpor kruga nekoliko puta, struja će se smanjiti za isti iznos. Isto tako, protok vode u cijevi je veći, što je veći pritisak i manji otpor cijev pruža kretanju vode.

Budući da se provodnici toliko zagrijavaju da je veći intenzitet električne struje koja kroz njih prolazi, potrebno je održavati konstantna temperatura tako da se Ohmov zakon može provjeriti. Provodnici koji poštuju Ohmov zakon nazivaju se omski ili linijski provodnici. Za ove vodiče postoji direktna proporcionalnost između razlike potencijala na krajevima i intenziteta struje koja prolazi kroz njih.

Metali su najbolji primjer omski provodnici. Provodnici koji ne poštuju Ohmov zakon nazivaju se neomski ili nelinearni provodnici. Za ove provodnike ne postoji direktna proporcionalnost između razlike potencijala na njihovim krajevima i intenziteta struje koja ih pokreće, tj. električni otpor nije trajno.

Da bismo matematički najjednostavnije izrazili Ohmov zakon, razmotrite to otpor provodnika u kojem teče struja od 1 A pri naponu od 1 V je 1 ohm.

Struja u amperima se uvijek može odrediti dijeljenjem napona u voltima otporom u omima. Zbog toga Ohmov zakon za dio kola piše se sljedećom formulom:

Poluprovodnici su primjeri neomskih provodnika. Razumijevanje pojmova napona, struje i električnog otpora je fundamentalno za poduzimanje vaših prvih koraka u svijetu elektronike. Razumevanjem ovih veličina i primenom Omovog prvog zakona, stiče se temeljna osnova za nastavak istraživanja. U ovom članku ćemo uvesti koncepte kao što je Ohmov prvi zakon.

Prije ulaska u objektivne koncepte ovog članka, zanimljivo je uvesti električne veličine, jedinicu i oznaku. Radićemo sa veličinom u međunarodnom sistemu. Ime veličine se obično naziva velikim naučnicima. U ovom članku ćemo raditi sa sljedećim količinama.

I = U/R.

magični trougao

Bilo koji dio ili element električnog kola može se okarakterizirati pomoću tri karakteristike: struje, napona i otpora.

Kako koristiti Ohmov trokut: zatvorite željenu vrijednost - druga dva znaka će dati formulu za njen izračun. Inače, samo jedna formula iz trokuta se zove Ohmov zakon - ona koja odražava ovisnost struje o naponu i otporu. Druge dvije formule, iako su posljedica toga, fizičkog čula Dont Have.

Napon: jedan volt u čast Alessandra Volte; Trenutni: Amper, nazvan po André Marie Ampèreu; Otpor: Jedinica Ohma, nazvana po Georgu Simonu Ohmu. Kako bi se olakšalo pisanje vrijednosti, prefiksi se koriste za olakšavanje indikacije. Ovi prefiksi snage od 10 stavljaju se ispred jedinice koja predstavlja veličinu. Tabela 1 prikazuje najčešće korištene prefikse. Budite svjesni velikih i malih slova jer mogu utjecati na količinu.

Tabela 1 - Prefiksi međunarodni sistem. Materijali imaju lakoću ili teškoću u prolasku električne struje. To ima veze s brojem elektrona u vašem posljednjem sloju. U posljednjem sloju metali imaju malo elektrona, na primjer, bakar ima 1 elektron. Dakle, ovaj elektron je slabo privučen kako bi se jezgro lako kretalo između atoma. Elementi koji imaju kompletan vanjski sloj su izolacijski, au slučaju poluvodiča koji u posljednjem sloju imaju 3 ili 4 elektrona, mogu se koristiti kao izolatori ili provodnici ovisno o vezama između susjednih atoma.

Proračuni Ohmovog zakona za dio kola bit će ispravni kada je napon u voltima, otpor u omima, a struja u amperima. Ako se koristi više jedinica ovih veličina (na primjer, miliamperi, milivolti, megaomi, itd.), tada ih treba pretvoriti u ampere, volte i ome. Da bismo to naglasili, ponekad se formula za Ohmov zakon za dio lanca piše ovako:

Suprotstavljanje prolasku struje naziva se električni otpor. Sav materijal ima određeni električni otpor, to je zbog "udara" elektrona na atome tokom kretanja. Efekat ove opozicije je toplina. Neki atomi su otporniji na prolazak elektrona, stvarajući više topline.

Dakle, dio primijenjene energije se pretvara u toplinu, ovaj efekat se naziva Joule efekt. To je isto kao grijanje vode pod tušem ili grijanje električne pećnice. Ali u mnogim slučajevima u elektronici, ovaj efekat postaje gubitak sistema u obliku toplote.

amper = volt/ohm

Također možete izračunati struju u miliamperima i mikroamperima, dok napon treba biti izražen u voltima, a otpor u kiloomima i megaomima.

Ostali članci o struji u jednostavnoj i pristupačnoj prezentaciji:

Ohmov zakon vrijedi za bilo koji dio kola. Ako je potrebno odrediti struju u datom dijelu strujnog kola, tada je potrebno podijeliti napon koji djeluje na ovu dionicu (slika 1) sa otporom ovog dijela.

Jedinica električnog otpora je ohm, simboliziran grčkim slovom Omega. Komponenta koja koristi ovaj princip za izgradnju električna kola, je otpornik. Otpornik je dizajniran na takav način da ima poznat otpor tako da se može koristiti u kolu. Osim poznatog otpora, otpornik je napravljen i za željenu snagu. To će ovisiti o materijalu i veličini otpornika.

Postoji nekoliko vrsta otpornika za različite primjene. Za primjenu u elektronici obično se izrađuju žica, karbonska folija i metalna folija. I izgledali su kao što je prikazano na slici 1.




Postoje i trenuci kada želite da se okrenete električna energija u toplinu. U ovom slučaju, koji se obično naziva "otpornicima", otpornici imaju velike veličine, dakle, velike snage i izrađeni su od žice. Kao što se vidi na slici 3.

Slika 1. Primjena Ohmovog zakona za dio kola

Dajemo primjer izračunavanja struje prema Ohmovom zakonu. Neka je potrebno odrediti struju u lampi koja ima otpor od 2,5 oma, ako je napon primijenjen na lampu 5 V. Podijelimo 5 V sa 2,5 oma, dobićemo vrijednost struje jednaku 2 A. U drugom primjeru , određujemo struju, koja će teći pod dejstvom napona od 500 V u kolu čiji je otpor 0,5 MΩ. Da bismo to učinili, izražavamo otpor u omima. Dijeleći 500 V sa 500.000 oma, nalazimo vrijednost struje u krugu, koja je jednaka 0,001 A ili 1 mA.

Često, znajući struju i otpor, napon se određuje pomoću Ohmovog zakona. Napišimo formulu za određivanje napona




Promjenjivi otpornici, poznati kao potenciometri ili trimponi, široko se koriste u elektronici. Slika 4 prikazuje neke primjere.





ukratko, električni napon je razlika potencijala između dvije tačke. On se dovodi u strujni krug preko generatora. Obično u elektronska kola generatori su baterije koje pretvaraju hemijsku energiju u električnu energiju. Postoje i mehanički, solarni, termalni, magnetni generatori itd.

U=IR

Iz ove formule se vidi da napon na krajevima datog dijela kola je direktno proporcionalan struji i otporu. Značenje ove zavisnosti nije teško razumjeti. Ako ne promijenite otpor dijela kruga, tada možete povećati struju samo povećanjem napona. To znači da uz konstantan otpor, veća struja odgovara većem naponu. Ako je potrebno dobiti istu struju na različitim otporima, onda sa većim otporom mora postojati i odgovarajući veći napon.

Ovo je tok elektrona u vodiču kada je izložen razlici potencijala. Obično ovu potencijalnu razliku kontrolira neka vrsta generatora koji pretvara vrstu energije u električnu energiju, kao što je baterija. Električna struja može izazvati neke efekte, poput efekta grijanja i svjetlosnog efekta koji danas koristimo.

Pravo značenje električne struje javlja se kada se elektroni kreću, ostavljajući negativni terminal pozitivnim. U praksi se koristi uobičajeno značenje, tj. smjer toka elektrona uzima se od pozitivnog ka negativnom terminalu. Georg Simon Ohm je napravio neke testove kako bi provjerio odnos između napona, struje i otpora. Omov prvi zakon je naveden kao.

Napon na dijelu kola se često naziva pad napona. To često dovodi do nesporazuma. Mnogi ljudi misle da je pad napona neka vrsta izgubljenog nepotrebnog napona. U stvari, koncepti napona i pada napona su ekvivalentni.

Proračun napona koristeći Ohmov zakon može se prikazati u sljedećem primjeru. Neka struja od 5 mA prođe kroz dio kola sa otporom od 10 kΩ, a potrebno je odrediti napon u ovom dijelu.

"Struja koja teče kroz otpornik je proporcionalna primijenjenom naponu i obrnuto proporcionalna vrijednosti njegovog otpora."

matematički predstavljeno. Pretpostavljajući jednostavno kolo koje se sastoji samo od izvora i otpornika. Izvor ima napon od 12 V i otpor od 4,7 kOhm. Kolika je vrijednost struje koja teče u kolu?

Ovaj članak uvodi osnovne koncepte električne energije. Razumijevanje takvih koncepata je fundamentalno za razvoj vještina elektronike. Eksperimentalno uporediti otpor koji daje Ohmov zakon i inkrementalni otpor za nelinearni otpornik.

Množenje I = 0,005 A na R -10000 ohma, dobijamo napon jednak 5 0 V. Isti rezultat možemo dobiti množenjem 5 mA sa 10 kOhm: U = 50 V

U elektronskim uređajima struja se obično izražava u miliamperima, a otpor u kiloomima. Stoga je pogodno koristiti ove mjerne jedinice u proračunima prema Ohmovom zakonu.

Prema Ohmovom zakonu, otpor se također izračunava ako su poznati napon i struja. Formula za ovaj slučaj je napisana na sljedeći način: R = U/I.

Komentirali smo da Ohmov zakon kaže da je napon na otporniku direktno proporcionalan struji koja teče kroz njega. Drugim riječima, Ohmov zakon kaže da omjer napona i struje u uređaju ostaje konstantan i uzrokuje da električni otpor ostane konstantan. Međutim, ovo vrijedi samo za takozvane omske bipole ili linearne otpornike.

Ohmov zakon ne vrijedi za nelinearne otporne uređaje, jer u ovom slučaju otpor ne ostaje konstantan u odnosu na omjer napona i struje. Otporni bipolarni element smatra se nelinearnim otpornikom ako ne poštuje Ohmov zakon, tj. ako omjer između napona između terminala bipolarne i struje koja prolazi kroz njega ne ostane konstantan.

Otpor je uvijek omjer napona i struje. Ako se napon poveća ili smanji nekoliko puta, tada će se struja povećati ili smanjiti za isti broj puta. Omjer napona i struje, jednak otporu, ostaje nepromijenjen.

Formulu za određivanje otpora ne treba shvatiti u smislu da otpor datog vodiča zavisi od odliva i napona. Poznato je da zavisi od dužine, površine poprečnog preseka i materijala provodnika. By izgled formula za određivanje otpora liči na formulu za izračunavanje struje, ali postoji suštinska razlika između njih.

Otpor u nelinearnom otporniku može varirati u različitim oblicima odnosa između napona i struje u skladu s fizičkim principima uređaja. Razmotrimo, na primjer, slučaj žarulje sa žarnom niti. Njegov otpor varira u zavisnosti od temperature filamenta, u skladu sa zakonom.

U kojoj je temperatura, u stepenima Celzijusa, odnosno otpor i temperatura izmjereni u početnom stanju, i koeficijent promjene otpora s temperaturom. Za volfram, materijal od kojeg je napravljena žarna niti. Temperatura filamenta je povezana s bojom svjetlosti koju emituje u niti. Što je filament svjetlija, to je njegova temperatura niža, a kako se zagrijava, valna dužina emitirane svjetlosti se smanjuje kako svjetlost postaje žuta.

Struja u datom dijelu kola stvarno ovisi o naponu i otporu i mijenja se kada se mijenjaju. A otpor datog dijela kola je konstantna vrijednost, neovisna o promjenama napona i struje, ali jednaka omjeru ovih veličina.

Kada ista struja teče u dva dijela kola, a naponi koji se primjenjuju na njih su različiti, jasno je da dio na koji je primijenjen veći napon ima odgovarajuće veći otpor.

Ako provedemo eksperiment za određivanje električnog otpora žarulje sa žarnom niti, uočit ćemo nelinearnu vezu između napona i struje, pokazujući da lampa nije omski bipol. Na slici 1 prikazani su rezultati dobijeni sa lampom sa žarnom niti sa žarnom niti nominalnog napona 12 V i nazivne snage 5 W.

Na slici 1, kružna kriva predstavlja eksperimentalne podatke o struji kroz lampu kao funkciju napona na njoj, skup tačaka. Za bipole općenito, električni otpor je definiran kao diferencijalni otpor ili rastući otpor. U slučaju omskih dvopola, njihov inkrementalni otpor poklapa se sa omskim otporom. To se ne dešava kod drugih tipova dvopola.

A ako pod utjecajem istog napona u dva različita dijela kola prođe različita struja, tada će u tom dijelu uvijek biti manja struja koja ima veći otpor. Sve ovo proizilazi iz osnovne formulacije Ohmovog zakona za dio kola, odnosno iz činjenice da je struja veća što je napon veći i otpor manji.


Prikazat ćemo proračun otpora koristeći Ohmov zakon za dio kola u sljedećem primjeru. Neka je potrebno pronaći otpor presjeka kroz koji, pri naponu od 40 V, prolazi struja od 50 mA. Izražavajući struju u amperima, dobivamo I = 0,05 A. Podijelite 40 sa 0,05 i utvrdite da je otpor 800 oma.

Ohmov zakon se može vizualizirati u obliku tzv volt-amperska karakteristika. Kao što znate, direktna proporcionalna veza između dvije veličine je prava linija koja prolazi kroz ishodište. Takva zavisnost se naziva linearna.

Na sl. 2 prikazuje, kao primjer, graf Ohmovog zakona za dio strujnog kola otpora od 100 oma. Horizontalna os prikazuje napon u voltima i vertikalna osa- struja u amperima. Skala struje i napona se može odabrati kako želite. Prava linija je nacrtana tako da je za bilo koju tačku na njoj omjer napona i struje 100 oma. Na primjer, ako je U = 50 V, onda I = 0,5 A i R = 50: 0,5 = 100 Ohma.

Rice. 2. Ohmov zakon (naponska karakteristika)

Dijagram Ohmovog zakona za negativne vrijednosti struje i napona ima isti oblik. To znači da struja u kolu teče jednako u oba smjera. Što je otpor veći, to je manja struja dobijena pri datom naponu i ravna linija je ravnija.

Uređaji kod kojih je strujno-naponska karakteristika prava linija koja prolazi kroz ishodište, tj. otpor ostaje konstantan kada se napon ili struja promijeni, nazivaju se linearni instrumenti. Također se koriste termini linearni krugovi, linearni otpori.

Postoje i uređaji kod kojih se otpor mijenja s promjenom napona ili struje. Tada se odnos između struje i napona izražava ne prema Ohmovom zakonu, već složenije. Za takve uređaje, strujno-naponska karakteristika neće biti ravna linija koja prolazi kroz početak, već je ili kriva ili izlomljena linija. Ovi uređaji se nazivaju nelinearni.

Mnemonički dijagram za Ohmov zakon

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.

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.

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.

Gdje je E elektromotorna sila(EMF), R je vanjski otpor izvora, r je unutrašnji 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 naizmjenična struja 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 zagrije prolaznim naponom, omjer struje i napona postaje promjenjiv i možda neće slijediti opći 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 razmake 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 ogromne količine 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.