Ohmov zakon za odsek vezja
Osnovni zakon elektrotehnike, ki ga lahko uporabite za preučevanje in izračun električnih tokokrogov, je Ohmov zakon, ki določa razmerje med tokom, napetostjo in uporom. Treba je jasno razumeti njegovo bistvo in ga znati pravilno uporabiti pri reševanju praktičnih problemov. V elektrotehniki pogosto prihaja do napak zaradi nezmožnosti pravilne uporabe Ohmovega zakona.
Ohmov zakon za odsek tokokroga pravi: tok je premo sorazmeren z napetostjo in obratno sorazmeren z uporom.
Če se napetost, ki deluje v električnem tokokrogu, večkrat poveča, se bo tok v tem tokokrogu povečal za enako količino. In če večkrat povečate upor vezja, se bo tok zmanjšal za enako količino. Prav tako je pretok vode v cevi tem večji, čim močnejši je pritisk in čim manjši je upor cevi proti gibanju vode.
V priljubljeni obliki lahko ta zakon formuliramo na naslednji način: višja kot je napetost pri enakem uporu, večji je tok, hkrati pa, večji kot je upor pri isti napetosti, nižja je jakost toka.
Da bi Ohmov zakon izrazili matematično na najpreprostejši možni način, velja, da je upor žice, po kateri teče tok 1 A pri napetosti 1 V, 1 Ohm.
Tok v amperih lahko vedno določite tako, da napetost v voltih delite z uporom v ohmih. Zato je Ohmov zakon za odsek vezja zapisan v naslednji formuli:
I = U / R.
Čarobni trikotnik
Vsak odsek ali element električnega tokokroga je mogoče označiti s tremi značilnostmi: tokom, napetostjo in uporom.
Kako uporabiti Ohmov trikotnik: zapremo zahtevano vrednost — dva druga simbola bosta dala formulo za njen izračun. Mimogrede, samo ena formula iz trikotnika se imenuje Ohmov zakon - tista, ki odraža odvisnost toka od napetosti in upora. Drugi dve formuli, čeprav sta njeni posledici, nimata fizičnega smisla.
Izračuni z uporabo Ohmovega zakona za odsek vezja bodo pravilni, če je napetost v voltih, upor v ohmih in tok v amperih. Če se uporabi več enot teh količin (npr. miliamperov, milivoltov, megohmov itd.), jih je treba pretvoriti v ampere, volte in ohme. Da bi to poudarili, je formula Ohmovega zakona za del vezja včasih zapisana takole:
amp = volt / ohm
Tok lahko izračunate tudi v miliamperih in mikroamperih, medtem ko je treba napetost izraziti v voltih, upor pa v kilohmih oziroma megohmih.
Ostali članki o elektriki na preprost in ugoden način:
Kaj so napetost, tok in upor: kako se uporabljajo v praksi
Kako je odpornost odvisna od temperature
Viri EMF in tok: glavne značilnosti in razlike
Električno in magnetno polje – kakšna je razlika?
Ohmov zakon velja za vse odseke vezja. Če je treba določiti tok v določenem odseku vezja, je treba napetost, ki deluje v tem odseku (slika 1), razdeliti z uporom tega odseka.
Slika 1. Uporaba Ohmovega zakona na odseku vezja
Navedimo primer izračuna toka po Ohmovem zakonu ... Naj bo potrebno določiti tok v žarnici z uporom 2,5 ohmov, če je napetost, ki se uporablja za žarnico, 5 V. Deljenje 5 V z 2,5 ohmov, dobimo vrednost toka, ki je enaka 2 A. V drugem primeru določimo tok, ki bo tekel pod vplivom napetosti 500 V v tokokrogu, katerega upor je 0,5 MΩ. Da bi to naredili, izrazimo upor v ohmih. Če 500 V delimo s 500.000 ohmov, dobimo tok v vezju, ki je 0,001 A ali 1 mA.
Pogosto, če poznamo tok in upor, se napetost določi z uporabo Ohmovega zakona. Zapišimo formulo za določitev napetosti
U = IR
Ta formula kaže, da je napetost na koncih danega odseka vezja neposredno sorazmerna s tokom in uporom ... Pomena te odvisnosti ni težko razumeti.Če se upor odseka tokokroga ne spremeni, lahko tok povečate le s povečanjem napetosti. To pomeni, da pri konstantnem uporu večji tok ustreza večji napetosti. Če je treba dobiti enak tok pri različnih uporih, potem mora biti pri večjem uporu ustrezno višja napetost.
Napetost v odseku vezja se pogosto imenuje padec napetosti ... To pogosto vodi do nesporazumov. Mnogi mislijo, da je padec napetosti nekakšna izgubljena nepotrebna napetost. V resnici sta pojma napetost in padec napetosti enakovredna. Izgube in padci napetosti - kakšna je razlika?
Padec napetosti je postopen padec potenciala v vezju, po katerem teče tok, zaradi dejstva, da ima vezje aktivni upor. Po Ohmovem zakonu je padec napetosti v vsakem odseku vezja U enak produktu upora tega odseka vezja R s tokom v njem I, tj. U — RI. Torej, večji kot je upor odseka vezja, večji je padec napetosti v tem odseku vezja za dani tok.
Izračun napetosti po Ohmovem zakonu je prikazan v naslednjem primeru. Skozi odsek vezja z uporom 10 kOhm naj teče tok 5 mA in v tem odseku je treba določiti napetost.
Z množenjem A = 0,005 A pri R — 10000 Ω dobimo napetost enako 50 V. Enak rezultat lahko dobimo, če 5 mA pomnožimo z 10 kΩ: U = 50 in
V elektronskih napravah je tok običajno izražen v miliamperih, upor pa v kiloohmih.Zato je priročno uporabljati točno te merske enote pri izračunih po Ohmovem zakonu.
Ohmov zakon izračuna tudi upor, če sta napetost in tok znana. Formula za ta primer je zapisana na naslednji način: R = U / I.
Upornost je vedno razmerje med napetostjo in tokom. Če se napetost poveča ali zmanjša za nekajkrat, se bo tok povečal ali zmanjšal za enako število krat. Razmerje med napetostjo in tokom, ki je enako uporu, ostane nespremenjeno.
Formule za določanje upora ne smemo razumeti tako, da je upor danega prevodnika odvisen od toka in napetosti. Znano je, da je odvisno od dolžine, površine preseka in materiala žice. Po videzu je formula za določanje upora podobna formuli za izračun toka, vendar je med njima bistvena razlika.
Tok v danem odseku tokokroga je res odvisen od napetosti in upora ter se spreminja, ko se spreminjata. In upornost tega odseka vezja je konstantna vrednost, ki ni odvisna od sprememb napetosti in toka, ampak je enaka razmerju teh vrednosti.
Ko enak tok teče v dveh odsekih tokokroga in sta nanju uporabljeni napetosti različni, je jasno, da ima odsek, na katerega se nanaša večja napetost, ustrezno večji upor.
In če pod delovanjem iste napetosti v dveh različnih odsekih vezja teče drugačen tok, potem bo v tem odseku vedno manjši tok, ki ima večji upor.Vse to izhaja iz osnovne formulacije Ohmovega zakona za odsek vezja, to je iz dejstva, da večji kot je tok, večja je napetost in manjši upor.
Izračun upora z uporabo Ohmovega zakona za odsek vezja bo prikazan v naslednjem primeru.Naj bo treba najti upor odseka, skozi katerega teče tok 50 mA pri napetosti 40 V. Izražanje toka v amperih dobimo I = 0,05 A. 40 delimo z 0,05 in ugotovimo, da je upor 800 ohmov.
Ohmov zakon si lahko vizualiziramo v obliki tako imenovane tokovno-napetostne karakteristike... Kot veste, je neposredno sorazmerno razmerje med dvema količinama ravna črta, ki poteka skozi izvor. To odvisnost običajno imenujemo linearna.
Na sl. 2 je prikazan kot primer grafa Ohmovega zakona za odsek vezja z uporom 100 ohmov. Vodoravna os je napetost v voltih, navpična os pa tok v amperih. Tokovno in napetostno lestvico lahko izberete po želji. Ravna črta je narisana tako, da je za vsako njeno točko razmerje med napetostjo in tokom 100 ohmov. Na primer, če je U = 50 V, potem je I = 0,5 A in R = 50: 0,5 = 100 ohmov.
riž. 2… Ohmov zakon (tokovno-napetostna karakteristika)
Graf Ohmovega zakona za negativne vrednosti toka in napetosti je enak. To pomeni, da tok v vezju teče enako v obe smeri. Večji kot je upor, manjši je tok pri določeni napetosti in bolj previdno se ravna črta premika.
Naprave, pri katerih je tokovno-napetostna karakteristika premica, ki poteka skozi začetno točko, to pomeni, da upor ostane konstanten, ko se napetost ali tok spreminja, imenujemo linearne naprave ... Uporabljajo se tudi izrazi linearna vezja, linearni upori.
Obstajajo tudi naprave, v katerih se upor spremeni, ko se spremeni napetost ali tok. Nato razmerje med tokom in napetostjo ni izraženo po Ohmovem zakonu, ampak na bolj zapleten način. Pri takšnih napravah tokovno-napetostna karakteristika ne bo ravna črta, ki poteka skozi začetno točko, temveč krivulja ali črtkana črta. Te naprave se imenujejo nelinearne.
Glej tudi na to temo: Uporaba Ohmovega zakona v praksi
