Jačina struje u dijelu strujnog kruga izravno je proporcionalna naponu, a obrnuto proporcionalna električnom otporu danog dijela strujnog kruga.

Ohmov zakon je zapisan kao:

Gdje je: I - struja (A), U - napon (V), R - otpor (Ohm).

Treba imati na umu da Ohmov zakon je temeljan(osnovno) i može se primijeniti na bilo koji fizički sustav u kojem postoje tokovi čestica ili polja koja svladavaju otpor. Može se koristiti za izračunavanje hidrauličkih, pneumatskih, magnetskih, električnih, svjetlosnih i toplinskih tokova.

Ohmov zakon definira odnos između tri osnovne veličine: struje, napona i otpora. On tvrdi da je struja izravno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu.

Struja teče od točke s viškom elektrona do točke s nedostatkom elektrona. Put kojim teče struja naziva se električni krug. Svi električni krugovi sastoje se od strujni izvor, opterećenja I dirigenti. Izvor struje daje razliku potencijala, koji omogućuje protok struje. Izvor energije može biti baterija, generator ili drugi uređaj. Opterećenje se opire protoku struje. Ovaj otpor može biti visok ili nizak, ovisno o namjeni kruga. Struja u krugu teče kroz vodiče od izvora do opterećenja. Vodič se mora lako odreći elektrona. Većina vodiča koristi bakar.

Put električne struje do opterećenja može proći kroz tri vrste krugova: serijski krug, paralelni krug ili serijsko-paralelni krug. Struja elektrona u strujni krug teče od negativne stezaljke izvora struje, kroz opterećenje do pozitivne stezaljke izvora struje.

Sve dok ovaj put nije prekinut, krug je zatvoren i struja teče.

Međutim, ako se put prekine, krug će se otvoriti i struja neće moći teći kroz njega.

Struja u električnom krugu može se promijeniti promjenom primijenjenog napona ili otpora kruga. Struja se mijenja u istim omjerima kao napon ili otpor. Ako napon raste, tada se povećava i struja. Ako se napon smanjuje, smanjuje se i struja. S druge strane, ako se otpor povećava, tada se struja smanjuje. Ako se otpor smanji, struja se povećava. Ovaj odnos između napona, struje i otpora naziva se Ohmov zakon.

Ohmov zakon kaže da je struja u krugu (serijski, paralelno ili serijski paralelno) izravno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu

Pri određivanju nepoznatih veličina u krugu slijedite ova pravila:

1. Nacrtajte shemu strujnog kruga i označite sve poznate veličine.
2. Provedite izračune za ekvivalentne krugove i ponovno nacrtajte krug.
3. Izračunajte nepoznate veličine.

Upamtite: Ohmov zakon vrijedi za bilo koji dio kruga i može se primijeniti u bilo kojem trenutku. Ista struja teče kroz serijski krug, a isti napon se primjenjuje na bilo koju granu paralelnog kruga.

Povijest Ohmovog zakona

Georg Ohm, provodeći pokuse s vodičem, otkrio je da je jakost struje u vodiču proporcionalna naponu koji se primjenjuje na njegove krajeve. Koeficijent proporcionalnosti naziva se električna vodljivost, a vrijednost se obično naziva električni otpor vodiča. Ohmov zakon otkriven je 1826.

Ispod su animacije sklopova koji ilustriraju Ohmov zakon. Imajte na umu da je (na prvoj slici) ampermetar (A) idealan i da ima otpor nula.

Ova animacija pokazuje kako se struja u krugu mijenja kada se promijeni primijenjeni napon.

Sljedeća animacija pokazuje kako se struja u krugu mijenja s promjenom otpora.

Za elektrotehničara i elektroničara jedan od osnovnih zakona je Ohmov zakon. Svakim danom posao postavlja nove izazove pred stručnjaka, a često je potrebno odabrati zamjenu za pregorjeli otpornik ili skupinu elemenata. Električar često mora mijenjati kabele; da biste odabrali pravi, morate "procijeniti" struju u opterećenju, pa morate koristiti najjednostavniji fizikalni zakoni i omjeri u Svakidašnjica. Važnost Ohmovog zakona u elektrotehnici je ogromna; usput, većina diplomskih radova u elektrotehničkim specijalnostima izračunava se 70-90% prema jednoj formuli.

Povijesna referenca

Godina kada je Ohmov zakon otkrio njemački znanstvenik Georg Ohm 1826. Empirijski je utvrdio i opisao zakon o odnosu struje, napona i vrste vodiča. Kasnije se pokazalo da treća komponenta nije ništa više od otpora. Kasnije je ovaj zakon dobio ime po pronalazaču, ali stvar nije bila ograničena samo na zakon, već je nazvan po njegovom prezimenu fizička količina, kao priznanje za njegov rad.

Veličina u kojoj se mjeri otpor nazvana je po Georgu Ohmu. Na primjer, otpornici imaju dvije glavne karakteristike: snagu u vatima i otpor - mjernu jedinicu u Ohmima, kilo-omima, mega-omima itd.

Ohmov zakon za dio kruga

Da biste opisali električni krug koji ne sadrži EMF, možete koristiti Ohmov zakon za dio kruga. Ovo je najviše jednostavna forma zapisa. Ovako izgleda:

Gdje je I struja, mjerena u Amperima, U je napon u voltima, R je otpor u Ohmima.

Ova formula nam govori da je struja izravno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu - ovo je točna formulacija Ohmovog zakona. Fizičko značenje ove formule je opisati ovisnost struje kroz dio kruga s poznatim otporom i naponom.

Pažnja! Ova formula vrijedi za istosmjerna struja, Za naizmjenična struja ima malih razlika, vratit ćemo se na to kasnije.

Osim odnosa između električnih veličina, ovaj oblik nam govori da je graf struje u odnosu na napon u otporu linearan i da je jednadžba funkcije zadovoljena:

f(x) = ky ili f(u) = IR ili f(u)=(1/R)*I

Ohmov zakon za dio kruga koristi se za izračunavanje otpora otpornika u dijelu kruga ili za određivanje struje kroz njega pri poznatom naponu i otporu. Na primjer, imamo otpornik R s otporom od 6 ohma, na njegovim stezaljkama je napon od 12 V. Moramo saznati kolika će struja teći kroz njega. Izračunajmo:

I=12 V/6 Ohm=2 A

Idealan vodič nema otpor, ali zbog građe molekula tvari od koje se sastoji svako vodljivo tijelo ima otpor. Na primjer, to je bio razlog prijelaza iz aluminijske žice na bakar u kućnim električnim mrežama. Otpor bakra (Ohm po 1 metru duljine) manji je od otpora aluminija. Odnosno bakrene žice Manje se zagrijavaju, podnose velike struje, što znači da možete koristiti žicu manjeg presjeka.

Drugi primjer su spirale uređaji za grijanje a otpornici imaju veliki specifični otpor jer izrađeni su od raznih metala visokog otpora, kao što su nikrom, kantal itd. Kada se nositelji naboja kreću kroz vodič, sudaraju se s česticama u kristalnoj rešetki, uslijed čega se oslobađa energija u obliku topline i vodiča. zagrijati se. Što je struja veća, to je više sudara, to je veće zagrijavanje.

Da bi se smanjilo zagrijavanje, potrebno je ili skratiti vodič ili njegovu debljinu (područje poprečni presjek). Ove informacije mogu se napisati kao formula:

R žica =ρ(L/S)

Gdje je ρ – otpornost u Ohm*mm 2 /m, L – duljina u m, S – površina poprečnog presjeka.

Ohmov zakon za paralelne i serijske krugove

Ovisno o vrsti priključka, uočavaju se različiti obrasci protoka struje i raspodjele napona. Za dio kruga koji spaja elemente u seriju, napon, struja i otpor nalaze se prema formuli:

To znači da ista struja teče u krugu proizvoljnog broja serijski spojenih elemenata. U tom slučaju napon koji se primjenjuje na sve elemente (zbroj padova napona) jednak je izlaznom naponu izvora napajanja. Svaki element pojedinačno ima svoj napon koji ovisi o jakosti struje i otporu pojedinog:

U el =I*R element

Otpor dijela kruga za paralelno spojene elemente izračunava se formulom:

1/R=1/R1+1/R2

Za mješovitu vezu morate smanjiti lanac na ekvivalentan oblik. Na primjer, ako je jedan otpornik spojen na dva paralelno spojena otpornika, tada prvo izračunajte otpor paralelno spojenih otpornika. Dobit ćete ukupni otpor dvaju otpornika i sve što trebate učiniti je dodati trećem koji je s njima spojen u seriju.

Ohmov zakon za kompletan krug

Kompletan krug zahtijeva izvor napajanja. Idealan izvor energije je uređaj koji ima jedinu karakteristiku:

• napon, ako je izvor EMF;
• jakost struje, ako je to izvor struje;

Takav izvor energije može isporučiti bilo koju snagu s nepromijenjenim izlaznim parametrima. U stvarnom izvoru struje postoje i takvi parametri kao što su snaga i unutarnji otpor. U biti, unutarnji otpor je zamišljeni otpornik instaliran u seriji s izvorom EMF-a.

Formula Ohmovog zakona za kompletan lanac izgleda slično, ali dodaje unutarnji IP otpor. Za potpuni lanac zapisuje se formulom:

I=ε/(R+r)

Gdje je ε EMF u voltima, R je otpor opterećenja, r je unutarnji otpor izvora energije.

U praksi, unutarnji otpor iznosi djeliće Ohma, a za galvanske izvore značajno se povećava. Ovo ste primijetili kada dvije baterije (nova i mrtva) imaju isti napon, ali jedna proizvodi potrebnu struju i radi ispravno, a druga ne radi, jer... popušta pri najmanjem opterećenju.

Ohmov zakon u diferencijalnom i integralnom obliku

Za homogeni dio strujnog kruga vrijede gornje formule, a za nejednolik vodič potrebno ga je podijeliti na najkraće segmente tako da su promjene njegovih dimenzija unutar tog segmenta svedene na minimum. To se u diferencijalnom obliku naziva Ohmov zakon.

Drugim riječima: gustoća struje izravno je proporcionalna naponu i vodljivosti za beskonačno mali dio vodiča.

U integralnom obliku:

Ohmov zakon za izmjeničnu struju

Pri proračunu strujnih krugova izmjenične struje, umjesto koncepta otpora, uvodi se koncept "impedancije". Impedancija se označava slovom Z, uključuje otpor aktivnog opterećenja R a i reaktanciju X (ili R r). To je zbog oblika sinusne struje (i struje bilo kojeg drugog oblika) i parametara induktivnih elemenata, kao i zakona komutacije:

1. Struja u krugu s induktivitetom ne može se trenutno promijeniti.
2. Napon u krugu s kondenzatorom ne može se trenutno promijeniti.

Dakle, struja počinje zaostajati ili voditi napon, a ukupna snaga se dijeli na aktivnu i reaktivnu.

X L i X C su reaktivne komponente opterećenja.

U tom smislu uvodi se vrijednost cosF:

Ovdje – Q – jalova snaga zbog izmjenične struje i induktivno-kapacitivnih komponenti, P – djelatna snaga (raspodijeljena na aktivne komponente), S – prividna snaga, cosF – faktor snage.

Možda ste primijetili da se formula i njezin prikaz preklapaju s Pitagorinim teoremom. To je doista točno, a kut F ovisi o tome kolika je jalova komponenta opterećenja - što je veća, to je veća. U praksi to dovodi do činjenice da je struja koja stvarno teče u mreži veća od one koju bilježi kućno brojilo, dok poduzeća plaćaju punu snagu.

U ovom slučaju otpor je predstavljen u složenom obliku:

Ovdje je j imaginarna jedinica, tipična za složeni oblik jednadžbi. Rjeđe se označava kao i, ali u elektrotehnici se označava i efektivna vrijednost izmjenične struje, stoga je, da ne bi došlo do zabune, bolje koristiti j.

Imaginarna jedinica jednaka je √-1. Logično je da ne postoji takav broj na kvadrat koji može rezultirati negativnim rezultatom "-1".

Kako zapamtiti Ohmov zakon

Da biste zapamtili Ohmov zakon, možete zapamtiti tekst jednostavnim riječima tip:

Što je veći napon, to je veća struja; što je veći otpor, to je manja struja.

Ili upotrijebite mnemotehničke slike i pravila. Prvi je prikaz Ohmovog zakona u obliku piramide – kratko i jasno.

Mnemotehničko pravilo je pojednostavljeni oblik koncepta za jednostavno i lako razumijevanje i proučavanje. Može biti u verbalnom ili grafičkom obliku. Da biste ispravno pronašli pravu formulu, zatvorite je prstom traženu vrijednost i dobiti odgovor u obliku umnoška ili kvocijenta. Evo kako to funkcionira:

Drugi je karikaturalni prikaz. Ovdje je prikazano: što više Ohm pokušava, Amperu je teže proći, a što je više Volta, Amperu je lakše proći.

Ohmov zakon jedan je od temeljnih u elektrotehnici, bez njegovog poznavanja većina proračuna je nemoguća. I u svakodnevnom radu često je potrebno pretvoriti ili odrediti struju otporom. Uopće nije potrebno razumjeti njezino izvođenje i podrijetlo svih veličina - ali je potrebno svladati konačne formule. Na kraju bih želio napomenuti da među električarima postoji stara šala: "Ako ne poznaješ Oma, ostani kod kuće." I ako svaka šala ima zrno istine, onda je ovdje ovo zrno istine 100%. Istražiti teorijska osnova, ako želite postati profesionalac u praksi, a drugi članci s naše stranice pomoći će vam u tome.

Kao( 0 ) Ne sviđa mi se( 0 )

Za dio kruga ovo je možda najprimjenjiviji zakon u elektronici i elektrotehnici. Iza složenosti njegove formulacije krije se jednostavnost i elegancija primjene.

Formulira se na sljedeći način: količina struje u dijelu kruga izravno je proporcionalna naponu koji se primjenjuje na ovaj dio i obrnuto proporcionalna njegovom otporu:

Vrlo je lako zapamtiti ovu formulu, ali ako i dalje ne ide, napravite trokut na kartonu poput onog na slici na početku članka. Ovo je čarobni trokut Ohmovog zakona - samo zatvorite vrijednost koju treba pronaći i ostatak trokuta pokazat će formulu za njezino pronalaženje.

na primjer, znamo radni napon žarulje i njenu radnu struju (na žaruljama svjetiljke one su naznačene izravno na postolju). Koliki je otpor žarne niti ove žarulje? Sve je vrlo jednostavno, zatvorimo otpor u trokut i vidimo da ono što ostaje je napon podijeljen sa strujom.

Sada shvatimo što znače sve ove lukave riječi u definiciji.

Dakle, dvije zanimljive teško izgovorljive riječi, odnosno sintagme: direktno proporcionalna i obrnuto proporcionalna.

Što znači "jačina struje izravno je proporcionalna naponu"? To znači da kako napon u dijelu strujnog kruga raste, struja u tom dijelu također raste. Odnosno, što je veći napon, to je veća struja. Ovo sve vrijedi za dio kruga s istim naponom.

Što se tiče "obrnuto proporcionalno njegovom otporu", suprotno je točno. Što je veći otpor dijela strujnog kruga, to će kroz njega teći manja struja. To vrijedi ako se isti otpor primijeni na ovaj dio.

Pogledajmo primjenu ovog zakona na jednostavan primjer. Uzmimo običnu svjetiljku sa žaruljom sa žarnom niti u koju su umetnute tri "okrugle" baterije. Dijagram takve svjetiljke izgledat će ovako.

U ovom krugu, GB1 - GB3 su tri baterije, S1 je prekidač, HL1 je žarulja.

Dakle, kako nam kaže Ohmov zakon: količina struje u dijelu strujnog kruga izravno je proporcionalna naponu primijenjenom na taj dio i obrnuto proporcionalna njegovom otporu. Uzmimo za razmatranje dio kruga koji se sastoji od žarulje.

Sada jednostavno pitanje: što određuje svjetlinu žarulje? Tako je - na jačini struje koja prolazi kroz žarnu nit ove žarulje. Odnosno, svjetlinu žarulje možemo koristiti kao pokazatelj jačine struje u krugu svjetiljke.

I stvarno, što će se dogoditi sa sjajem žarulje ako izvadimo jednu bateriju i umjesto nje ubacimo kratkospojnik?

Svaki električni krug nužno sadrži izvor električna energija i njen nasljednik. Kao primjer, razmotrite jednostavan električni krug koji se sastoji od baterije i žarulje sa žarnom niti.

Baterija je izvor električne energije, a žarulja je njen prijemnik. Između polova izvora električne energije postoji razlika potencijala (+ i -), a kada se strujni krug zatvori, počinje proces njenog izjednačavanja pod utjecajem elektromotorne sile, skraćeno EMF. Teče kroz lanac struja, obavljanje posla - zagrijavanje spirale žarulje, spirala počinje svijetliti.

Na taj se način električna energija pretvara u toplinsku i svjetlosnu energiju.
Električna struja (J) je uređeno kretanje nabijenih čestica, u u ovom slučaju- elektroni.
Elektroni imaju negativan naboj, pa je njihovo kretanje usmjereno prema pozitivnom (+) polu izvora struje.

U tom slučaju uvijek nastaje elektromagnetsko polje koje se širi od (+) do (-) izvora (prema kretanju elektrona) kroz električni krug brzinom svjetlosti. Tradicionalno se vjeruje da se električna struja (J) kreće od pozitivnog (+) pola prema negativnom (-) polu.

Uređeno kretanje elektrona kroz kristalnu rešetku tvari koja je vodič ne prolazi nesmetano. Elektroni u interakciji s atomima tvari uzrokuju njezino zagrijavanje. Dakle, tvar ima otpornost(R) električna struja koja teče kroz njega. I što je veća vrijednost otpora, pri istoj vrijednosti struje, to je zagrijavanje jače.

Električni otpor je vrijednost koja karakterizira otpor električnog kruga (ili njegovog dijela) električnoj struji, mjereno u Omaha. Električni napon(U) - veličina razlike potencijala izvora električne struje. Električni napon(U), električni otpornost(R), električni Trenutno(J) su osnovna svojstva najjednostavnijeg električnog kruga, međusobno su u određenom odnosu.

Koristeći gore navedeni kalkulator Ohmovog zakona, možete jednostavno izračunati vrijednosti struje, napona i otpora bilo kojeg prijamnika električne energije. Također, zamjenom vrijednosti napona i struje možete odrediti njegovu snagu i obrnuto.

Na primjer, morate saznati struju koju troši električna energija. kuhalo za vodu, snaga 2,2 kW.
U stupcu "Napon" zamijenimo vrijednost napona naše mreže u voltima - 220.
U stupcu "Snaga", u skladu s tim, unesite vrijednost snage u vatima 2200 (2,2 kW) Pritisnite gumb "Pronađi trenutnu snagu" - dobivamo rezultat u amperima - 10. Ako zatim pritisnete gumb "Otpor", također možete saznati, osim toga, električni otpor našeg kuhala za vodu, tijekom njegovog rada - 22 ohma.

Pomoću gornjeg kalkulatora možete jednostavno izračunati vrijednost ukupnog otpora za dva paralelno spojena otpornika.

Drugi Kirchhoffov zakon kaže: u zatvorenom električnom krugu algebarski zbroj emf jednak je algebarski zbroj padove napona u pojedinim dijelovima strujnog kruga. Prema ovom zakonu, za krug prikazan na slici ispod, možemo napisati:

R rev =R1 +R2

Odnosno kada serijska veza elemenata strujnog kruga, ukupni otpor strujnog kruga jednak je zbroju otpora njegovih sastavnih elemenata, a napon se raspoređuje između njih proporcionalno otporu svakog od njih.
Na primjer, u Novogodišnji vijenac sastoji se od 100 malih identičnih žarulja, od kojih je svaka dizajnirana za napon od 2,5 volta, spojenih na mrežu od 220 volti, svaka žarulja će imati 220/100 = 2,2 volta.
I, naravno, u ovoj situaciji ona će raditi sretno do kraja života.

Naizmjenična struja.

Izmjenična struja, za razliku od istosmjerne, nema stalan smjer. Na primjer, u običnoj kućanskoj struji. mreže 220 volti 50 herca, plus i minus mijenjaju mjesta 50 puta u sekundi. Ohmov i Kirchhoffov zakon za DC krugovi, struje također su primjenjivi za krugove izmjenične struje, ali samo za električne prijemnike s aktivan otpor u svom čistom obliku, tj. kao što su razni grijaći elementi i žarulje sa žarnom niti.

Štoviše, svi izračuni su napravljeni s važeći vrijednosti struje i napona. Efektivna vrijednost sile izmjenične struje brojčano je jednaka toplinski ekvivalentnoj sili istosmjerne struje. Efektivna vrijednost Jvarijabla = 0,707*Jkonstanta Efektivna vrijednost Uvarijabla = 0,707*Ukonstanta Na primjer, u našem kućna mreža Trenutno Vrijednost izmjeničnog napona - 220 volti, a njegova maksimalna (amplitudna) vrijednost = 220*(1 / 0,707) = 310 volti.

Uloga Ohmovih i Kirchhoffovih zakona u svakodnevnom životu električara.

Obavljajući svoju radnu djelatnost, električar (apsolutno svatko i svatko) svakodnevno se suočava s posljedicama ovih temeljnih zakona i pravila, reklo bi se, živi u njihovoj stvarnosti. Koristi li se teško stečenim teorijskim znanjem u raznim obrazovne ustanove, za obavljanje svakodnevnih radnih obaveza?
U pravilu – ne! Najčešće je jednostavno - jednostavno, bez ikakve potrebe - to učiniti.

Jer svakodnevni rad normalnog električara uopće se ne sastoji od mentalnih proračuna, već, naprotiv, od jasnih, preciznih fizičkih radnji, izoštrenih godinama. To ne znači da uopće ne morate razmišljati. Upravo suprotno - uostalom, posljedice nepromišljenih postupaka u ovoj profesiji ponekad su vrlo skupe.

Ponekad među električarima postoje dizajneri amateri, ali najčešće su inovatori. Ti ljudi, s vremena na vrijeme, koriste teoretsko znanje koje imaju za dobro, razvijajući i konstruirajući razne uređaje, kako za osobne potrebe, tako i za dobrobit svoje domaće proizvodnje. Bez poznavanja Ohmovih i Kirchhoffovih zakona, proračuni električnih krugova koji čine krug budućeg uređaja potpuno su nemogući.

Općenito, možemo reći da su Ohmov i Kirchhoffov zakon više "alat" inženjera dizajna nego električara.