Ohmov zakon za dio kruga
Osnovni zakon elektrotehnike koji možete koristiti za proučavanje i izračunavanje električnih krugova je Ohmov zakon, koji uspostavlja odnos između struje, napona i otpora. Potrebno je jasno razumjeti njegovu bit i moći ga ispravno koristiti u rješavanju praktičnih problema. U elektrotehnici se često griješi zbog nemogućnosti pravilne primjene Ohmovog zakona.
Ohmov zakon za dio kruga kaže: struja je izravno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu.
Ako se napon koji djeluje u električnom krugu nekoliko puta poveća, za toliko će se povećati i struja u tom krugu. A ako povećate otpor kruga nekoliko puta, struja će se smanjiti za isti iznos. Isto tako, protok vode u cijevi je to veći što je pritisak jači i što je otpor cijevi gibanju vode manji.
U popularnom obliku, ovaj se zakon može formulirati na sljedeći način: što je veći napon za isti otpor, to je veća struja, a istovremeno, što je veći otpor za isti napon, to je manja jakost struje.
Da bi se Ohmov zakon matematički izrazio na najjednostavniji mogući način, smatra se da je otpor žice kojom teče struja od 1 A pri naponu od 1 V jednak 1 Ohmu.
Struja u amperima uvijek se može odrediti dijeljenjem napona u voltima s otporom u omima. Stoga je Ohmov zakon za dio kruga zapisan sljedećom formulom:
I = U / R.
Čarobni trokut
Svaki dio ili element električnog kruga može se karakterizirati s tri karakteristike: struja, napon i otpor.
Kako koristiti Ohmov trokut: zatvaramo potrebnu vrijednost - dva druga simbola će dati formulu za njegov izračun. Usput, samo jedna formula iz trokuta naziva se Ohmov zakon - onaj koji odražava ovisnost struje o naponu i otporu. Druge dvije formule, iako su njezine posljedice, nemaju fizički smisao.
Izračuni napravljeni pomoću Ohmovog zakona za dio strujnog kruga bit će točni ako je napon izražen u voltima, otpor u ohmima, a struja u amperima. Ako se koristi više jedinica ovih veličina (npr. miliampera, milivolta, megohma itd.), moraju se pretvoriti u ampere, volte i ome. Kako bi se to naglasilo, formula Ohmovog zakona za dio kruga ponekad se piše na sljedeći način:
amp = volt / ohm
Također možete izračunati struju u miliamperima i mikroamperima, dok napon treba izraziti u voltima, a otpor u kilohmima, odnosno megohmima.
Ostali članci o struji na jednostavan i pristupačan način:
Što su napon, struja i otpor: kako se koriste u praksi
Kako otpor ovisi o temperaturi
Izvori EMF i struje: glavne karakteristike i razlike
Što je opskrba električnom energijom?
Električno i magnetsko polje — u čemu je razlika?
Ohmov zakon vrijedi za svaki dio kruga. Ako je potrebno odrediti struju u određenom dijelu kruga, tada je potrebno podijeliti napon koji djeluje u ovom dijelu (slika 1) s otporom ovog odjeljka.
Slika 1. Primjena Ohmovog zakona na dio kruga
Navedimo primjer izračunavanja struje prema Ohmovom zakonu... Neka je potrebno odrediti struju u žarulji s otporom od 2,5 ohma, ako je napon doveden na žarulju 5 V. Podijelimo 5 V s 2,5. oma, dobivamo vrijednost struje jednaku 2 A. U drugom primjeru određujemo struju koja će teći pod utjecajem napona od 500 V u krugu čiji je otpor 0,5 MΩ. Da bismo to učinili, izražavamo otpor u ohmima. Dijeljenjem 500 V s 500 000 ohma nalazimo struju u krugu koja iznosi 0,001 A ili 1 mA.
Često, znajući struju i otpor, napon se određuje pomoću Ohmovog zakona. Napišimo formulu za određivanje napona
U = IR
Ova formula pokazuje da je napon na krajevima danog odsječka kruga izravno proporcionalan struji i otporu... Značenje ove ovisnosti nije teško razumjeti.Ako se otpor dionice kruga ne mijenja, struja se može povećati samo povećanjem napona. To znači da pri konstantnom otporu veća struja odgovara većem naponu. Ako je potrebno dobiti istu struju pri različitim otporima, tada s većim otporom mora postojati odgovarajući veći napon.
Napon u dijelu kruga često se naziva pad napona... To često dovodi do nesporazuma. Mnogi ljudi misle da je pad napona neki izgubljeni nepotrebni napon. U stvarnosti, koncepti napona i pada napona su ekvivalentni. Gubici i padovi napona — u čemu je razlika?
Pad napona je postupni pad potencijala u krugu kroz koji teče struja zbog činjenice da krug ima aktivni otpor. Prema Ohmovom zakonu pad napona u svakom odsječku strujnog kruga U jednak je umnošku otpora ovog odsječka strujnog kruga R sa strujom u njemu I, tj. U — RI. Dakle, što je veći otpor dijela strujnog kruga, veći je pad napona u tom dijelu strujnog kruga za određenu struju.
Izračun napona prema Ohmovom zakonu može se prikazati na sljedećem primjeru. Neka struja od 5 mA prolazi kroz dio kruga s otporom od 10 kOhm, a potrebno je odrediti napon u tom dijelu.
Množenjem A = 0,005 A pri R — 10000 Ω, dobivamo napon jednak 50 V. Isti se rezultat može dobiti množenjem 5 mA s 10 kΩ: U = 50 in
U elektroničkim uređajima struja se obično izražava u miliamperima, a otpor u kiloomima.Stoga je zgodno koristiti upravo te mjerne jedinice u proračunima prema Ohmovom zakonu.
Ohmov zakon također izračunava otpor ako su poznati napon i struja. Formula za ovaj slučaj je napisana na sljedeći način: R = U / I.
Otpor je uvijek omjer napona i struje. Ako se napon poveća ili smanji za nekoliko puta, struja će se povećati ili smanjiti za isti broj puta. Omjer napona i struje jednak otporu ostaje nepromijenjen.
Formulu za određivanje otpora ne treba shvatiti tako da otpor određenog vodiča ovisi o struji i naponu. Poznato je da ovisi o duljini, površini presjeka i materijalu žice. Izgledom, formula za određivanje otpora nalikuje formuli za izračunavanje struje, ali postoji temeljna razlika između njih.
Struja u određenom dijelu kruga zapravo ovisi o naponu i otporu i mijenja se kako se mijenjaju. A otpor ovog dijela kruga je konstantna vrijednost koja ne ovisi o promjenama napona i struje, već je jednaka omjeru tih vrijednosti.
Kada ista struja teče u dva dijela strujnog kruga, a naponi koji se na njih primjenjuju su različiti, jasno je da dionica na koju je primijenjen veći napon ima odgovarajući veći otpor.
A ako pod djelovanjem istog napona u dva različita odsječka kruga teče različita struja, tada će u tom odsječku uvijek biti manja struja, koja ima veći otpor.Sve to proizlazi iz osnovne formulacije Ohmovog zakona za dio strujnog kruga, odnosno iz činjenice da što je struja veća, to je napon veći, a otpor manji.
Izračun otpora pomoću Ohmovog zakona za dio strujnog kruga bit će prikazan u sljedećem primjeru. Neka se traži pronaći otpor dijela kroz koji teče struja od 50 mA pri naponu od 40 V. Izražavanje struje u amperima, dobivamo I = 0,05 A. Podijelimo 40 s 0,05 i ustanovimo da je otpor 800 ohma.
Ohmov zakon se može vizualizirati u obliku takozvane strujno-naponske karakteristike... Kao što znate, izravno proporcionalni odnos između dviju veličina je ravna crta koja prolazi kroz ishodište. Ova se ovisnost obično naziva linearnom.
Na sl. 2 prikazan je kao primjer grafikona Ohmovog zakona za dio kruga s otporom od 100 ohma. Na vodoravnoj osi je napon u voltima, a na okomitoj osi je struja u amperima. Skala struje i napona može se odabrati po želji. Ravna linija je nacrtana tako da je za svaku njenu točku omjer napona i struje 100 ohma. Na primjer, ako je U = 50 V, tada je I = 0,5 A i R = 50: 0,5 = 100 ohma.
Riža. 2… Ohmov zakon (strujno-naponska karakteristika)
Grafikon Ohmovog zakona za negativne vrijednosti struje i napona je isti. To znači da struja u krugu teče na isti način u oba smjera. Što je veći otpor, manja struja se dobiva pri danom naponu i pažljivije se pomiče ravna crta.
Uređaji kod kojih je strujno-naponska karakteristika pravac koji prolazi kroz početnu točku, odnosno otpor ostaje konstantan pri promjeni napona ili struje, nazivaju se linearnim uređajima... Koriste se i izrazi linearni krugovi, linearni otpori.
Postoje i uređaji u kojima se otpor mijenja kada se mijenja napon ili struja. Tada se odnos između struje i napona izražava ne prema Ohmovom zakonu, već na složeniji način. Za takve uređaje strujno-naponska karakteristika neće biti ravna linija koja prolazi kroz početnu točku, već je ili krivulja ili isprekidana linija. Ovi uređaji se nazivaju nelinearni.
Vidi također o ovoj temi: Primjena Ohmovog zakona u praksi
