Ohmov zakon: definicija in formule za električni tok, napetost in upor
Ohmov zakon: jasna razlaga in ključne formule za tok (I), napetost (V) in upor (R). Naučite se izračunov, primerov in praktičnih nasvetov za električne kroge.
Ohmov zakon opisuje preprosto in pomembno razmerje med napetostjo, tokom in upornostjo v električnem krogu. V osnovni obliki pravi, da je tok skozi enakomerno uporno vezje neposredno sorazmeren napetostni razliki med njegovima koncema in obratno sorazmeren njegovi upornosti. To lahko zapišemo kot V = I·R, kjer je V napetostna razlika, I električni tok in R upornost elementa.
V praksi to pomeni, da večja kot je napetost na uporu, večji tok bo tekel skozi njega, če se upornost ne spremeni. Če se tok podvoji, se pri enaki upornosti podvoji tudi napetost.
Osnovne formule
Ohmov zakon lahko zapišemo v treh izenačenih oblikah:
I = V R ali V = I R ali R = V I {\displaystyle I={\frac {V}{R}}\quad {\text{or}}}quad V=IR\quad {\text{or}}}quad R={\frac {V}{I}}} 
.
Primer) R = V I {\displaystyle R={\frac {V}{I}}} 
Enote
- Tok I merimo v amperih (A).
- Napetost V merimo v voltih (V).
- Upornost R merimo v ohmih (Ω) — pogosto zabeleženo kot ohm.
Primer izračuna
Če imamo upornost R = 10 Ω in nanjo priključimo napetost V = 5 V, iz Ohmovega zakona izračunamo tok:
I = V / R = 5 V / 10 Ω = 0,5 A.
Obratno, če poznamo tok in upornost, lahko določimo napetost: V = I·R.
Mikroskopska razlaga in upor materiala
Na mikroskopski ravni je Ohmov zakon povezan z linearno relacijo med gostoto toka J in električnim poljem E v materialu:
J = σ·E, kjer je σ električna prevodnost materiala. Prevodnost je inverz upornosti snovi; zanjo velja σ = 1/ρ, kjer je ρ lastna upornost (rezistivnost).
Za homogen vodič dolžine L in presečne površine A je upornost dana z izrazom:
R = ρ·L / A.
Omejitve Ohmovega zakona
- Ohmov zakon velja za linearne, tako imenovane ohmske elemente, kjer je razmerje V/I konstantno pri danih pogojih.
- Za številne materiale in komponente zakon ne velja natančno: semikonduktorji, diode, vakuumske cevi in naprave z nelinearnimi karakteristikami so neohmske.
- Temperatura vpliva na upornost — pri večini kovin upornost z naraščanjem temperature narašča, pri nekaterih polprevodnikih pa pada. Zato je v izvirni formulaciji omenjena pogojna omejitev: pogoj, da so fizikalni pogoji in temperatura vodnika konstantni.
Praktične uporabe
- Načrtovanje in analiziranje električnih vezij: izračun tokov, padcev napetosti in izgube moči (P = V·I = I²R = V²/R).
- Merjenje upornosti in diagnostika napak v napravah.
- Razumevanje, kje je treba upoštevati temperaturne koeficiente upornosti in kdaj so potrebne korekcije v modelih zaradi neohmskega vedenja elementov.
Povzetek
Ohmov zakon je temeljno orodje za razumevanje in analizo električnih vezij: povezuje napetost (V), tok (I) in upornost (R) s preprostimi enačbami I = V/R, V = I·R in R = V/I. Vendar ga je treba uporabljati s spoštovanjem omejitev — predvsem pri nelinearnih materialih ali kadar se spreminja temperatura.
Tok, napetost in upornost
Napetost
Napetost je količina energije med dvema točkama v vezju. Ti dve točki imata različna naboja, ena je večja, druga manjša. Razlika med tema dvema točkama naboja je način merjenja napetosti. Enota "volt" je ime italijanskega fizika Alessandra Volte, ki je ustvaril prvo kemično baterijo. Črka "V" pomeni napetost.
Trenutni
Tok je hitrost pretoka naboja. Večji kot je naboj, hitrejši je tok. Tok je povezan s pretokom elektronov v vezju. Tok meri, kako hitro se elektroni gibljejo. Enota za tok je "amper", običajno pa ga človek zapiše kot "amper". Črka "I" lahko predstavlja tok.
Odpornost
Upornost pomeni, koliko se tokokrog upira toku naboja. To zagotavlja, da naboj ne teče prehitro in ne poškoduje komponent. V vezju je lahko žarnica upor. Če skozi žarnico tečejo elektroni, se žarnica prižge. Če je upornost velika, bo žarnica šibkejša. Enota za upor je "Ω", ki se imenuje omega in se izgovarja "ohm", to je ime izumitelja Ohmovega zakona.
Kako so povezani tok, napetost in upornost
Tok, napetost in upor so povezani, kar imenujemo "Ohmov zakon". Ohm definira enoto za upor "1 Ohm" kot upor med dvema točkama v vodniku, kjer bo 1 volt potisnil 1 amper ali 6,241×10^18 elektronov.
Poišči vse vrednosti v vezju
Na primer, znanstvenik ve, da je vrednost napetosti 20 V. Znana je tudi upornost, ki je v žarnici 10 Ω. Zdaj moramo poiskati drugo neznano spremenljivko, to je tok. Za rešitev lahko uporabimo formulo Ohmovega zakona. Z dvema znanima spremenljivkama, V (napetost) in R (upornost), nam ostane le še spremenljivka I (tok).
20V= 10Ω * I
I = 2A
V problemu znanstvenik vedno dobi dovolj informacij za rešitev drugih vrednosti, edina stvar, ki si jo mora znanstvenik zapomniti, je formula Ohmovega zakona. Nato jo uporabi skupaj z danimi podatki, da reši neznani del. V zgornjem primeru je tok 2 ampera.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je Ohmov zakon?
O: Ohmov zakon pravi, da je v električnem krogu tok, ki teče skozi upor, povezan z napetostno razliko in električno upornostjo med obema stranema, če so fizikalni pogoji in temperatura vodnika konstantni.
V: Kako lahko zapišemo Ohmov zakon?
O: Ohmov zakon lahko zapišemo na tri načine, odvisno od tega, katera spremenljivka je na levi strani znaka enakosti: I = V/R, V = IR ali R = V/I.
V: Kaj pomeni I?
O: I pomeni tok v amperih.
V: Kaj pomeni V?
O: V pomeni potencialno razliko v voltih.
V: Kaj pomeni R?
O: R pomeni upor, merjen v ohmih.
Iskati