Ohmův zákon je jedním ze základních principů elektrické teorie a nachází široké uplatnění při řešení různých problémů v elektrotechnice. Tento zákon popisuje vztah mezi elektrickým proudem, napětím a odporem v elektrickém obvodu.
Princip fungování Ohmova zákona je založen na myšlence, že elektrický proud protékající částí obvodu je úměrný napětí na tomto místě a nepřímo úměrný odporu této oblasti. Jinými slovy, pokud se odpor nezmění, pak se zvyšujícím se napětím se proud zvýší a se sníženým napětím se sníží.
Pro správné použití Ohmova zákona je důležité znát lineární závislost mezi proudem, napětím a odporem. Pokud je vztah mezi těmito veličinami nelineární, aplikace Ohmova zákona bude nesprávná. Kromě toho je důležité vzít v úvahu, že v reálných systémech se odpor může měnit, a v takovém případě je nutné pro každou konkrétní část obvodu určit příslušnou hodnotu odporu, aby bylo možné správně použít Ohmův zákon.
Co je Ohmův zákon
Podstatou Ohmova zákona je, že napětí U na úseku elektrického obvodu je úměrné síle proudu I a nepřímo úměrné odporu R tohoto úseku: U = I * R.při dané hodnotě odporu je tedy napětí a proud v oblasti obvodu vázán lineární závislostí.
Ohmův zákon umožňuje určit velikost proudu nebo napětí v oblasti obvodu, pokud jsou známy další dvě veličiny. To je užitečné při výpočtu parametrů elektrických obvodů a výběru vhodných komponent pro provoz v elektrickém obvodu. Znalost Ohmova zákona je nezbytná pro vývoj elektrických zařízení, včetně jejich obvodů a jejich dalšího používání.
Princip práce
Ohmův zákon, pojmenovaný po německém fyzikovi Georgu Simonovi Ohmovi, popisuje vztah mezi napětím, silou proudu a odporem v elektrickém obvodu. Základním principem Ohmova zákona je, že proud protékající částí obvodu je úměrný napětí v této oblasti a nepřímo úměrný jeho odporu.
Matematicky lze Ohmův zákon představit takto:
| Veličina | Formule |
| Proud (I) | I = V / R |
- I - proud měřený v ampérech (a);
- V-napětí na obvodu měřené ve voltech (v);
- R-odpor v obvodu měřený v ohmech (Ω).
Ohmův zákon v podstatě vysvětluje, jak dochází k přenosu elektrické energie v obvodu, a také umožňuje určit hodnoty napětí a odporu podle známých hodnot proudového proudu.
Určení síly proudu
Proud je určen množstvím náboje protékajícího průřezem vodiče za jednotku času. Průchod náboje je možný díky přítomnosti volných elektronů ve vodiči.
Proud může být konstantní nebo střídavý. V stejnosměrném proudu se proud v průběhu času nemění a má konstantní hodnotu. Ve střídavém proudu se proud mění sinusovým zákonem v průběhu času.
Základní zákon popisující sílu proudu je známý jako Ohmův zákon. Podle tohoto zákona je proud úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu části obvodu. Vzorec popisující tuto závislost je následující: I = U / R, kde I je proud, u – napětí, R – odpor.
Ohmův zákon umožňuje určit proud v oblasti obvodu při známých hodnotách napětí a odporu. Je základem pro pochopení fungování elektrických obvodů a používá se v mnoha oblastech, od elektroniky po elektroenergetiku.
Stanovení napětí
K určení napětí v části obvodu je nutné znát hodnotu proudu proudového proudu proudícího touto oblastí a také hodnoty elektrického odporu zdroje nebo zatížení. Pokud je proud stejnosměrný, lze napětí určit pomocí vzorce:
Napětí (V) = Proud (a) × odpor (ohm)
Znalost napětí v oblasti obvodu je proto důležitá pro stanovení elektrických parametrů obvodů a pro pochopení a prevenci nesrovnalostí v provozu elektrických zařízení a systémů.
Vlastnosti na příkladu obvodu
Při analýze části obvodu je tedy nutné vzít v úvahu vlastnosti každého prvku jejich vliv na celkové napětí a proud.
Pokud část obvodu obsahuje pouze odpor R, použije se nejjednodušší forma Ohmova zákona: napětí na obvodu je úměrné proudu a koeficientem proporcionality je odpor dané oblasti. Napětí na obvodu se tedy rovná součinu odporu na proud: U = I * R.
Pokud část obvodu obsahuje kromě odporu také další prvky, jako je zdroj elektrické energie, indukčnost nebo kapacita, pak pro analýzu takové části obvodu je třeba vzít v úvahu další faktory.
Například, pokud je v obvodu zdroj elektrické energie, je třeba vzít v úvahu jeho elektromotorickou sílu (EMF), která ovlivní napětí v oblasti obvodu. V tomto případě lze Ohmův zákon zaznamenat jako součet napětí na odporu a napětí způsobeného EDS: U = I * R + E.
Analýza místa obvodu s indukčností nebo kapacitou také vyžaduje zohlednění jejich vlastností. Například indukčnost může v důsledku změny proudu způsobit pokles napětí v oblasti obvodu a kapacita je akumulace náboje a vytváření dalšího napětí. Proto je v podobných případech zákon o Ohm zaznamenán s přihlédnutím k těmto faktorům.
Rezistor
Hlavní funkcí odporů je vytvořit určitý odpor, který omezuje proud v obvodu. Rezistory mají obvykle určitý odpor, který je indikován v ohmech (Ω). Čím větší je odpor rezistoru, tím více omezuje proud v obvodu a menší odpor umožňuje volnějšímu proudění proudu.
Rezistory jsou široce používány v různých elektrických zařízeních a obvodech, včetně elektronických spotřebičů, telekomunikačních zařízení, automobilové elektroniky a dalších. Mohou být použity k regulaci proudu nebo napětí, ochraně před přetížením a přepětím a ke snížení povodní a rušení.
Rezistory jsou vyrobeny z různých materiálů, jako jsou kovy, karbon a grafit. Každý z těchto materiálů má určité vlastnosti, které určují jejich vlastnosti a rozsah použití. Například kovové odpory mají obvykle vyšší přesnost a stabilitu odporu, zatímco uhelné odpory usnadňují nastavení odporu.
Dioda
Když je dioda připojena k elektrickému obvodu, vytvoří přechod pn, který nastaví směr proudu. Pokud napětí na diodě překročí určitou hodnotu zvanou "prahové napětí", dioda se stane vodivým a elektrický proud jím začne protékat.
Diody se často používají v elektronických obvodech k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný proud, omezení napětí nebo proudu a k vytvoření napájecích uzlů.
Dva hlavní typy diod:
1. Polovodičová dioda: nejběžnější typ diod. Obvykle se skládají z křemíku nebo Germania a používají se v široké škále aplikací.
2. Světelné diody (Sid): jsou to diody, které mohou vyzařovat světlo, když jimi protéká elektrický proud. Používají se v LED, světelných indikátorech, displejích a dalších světelných zařízeních.
Kondenzátor
Provoz kondenzátoru je založen na principu akumulace náboje na deskách při aplikaci rozdílu potenciálu. Když je kondenzátor připojen ke zdroji elektrické energie, jedna deska získá kladný náboj a druhá záporný náboj. Tento proces se nazývá nabíjení kondenzátoru.
Když je kondenzátor nabitý, může ukládat elektrický náboj a používat jej v různých elektrických obvodech. Když je kondenzátor připojen k jinému obvodu nebo aplikaci signálu, začne se vybíjet. K vybíjení dochází prostřednictvím připojeného obvodu, což umožňuje využití energie uložené v kondenzátoru.
Zvláštností kondenzátorů je, že mají kapacitu – míru jejich schopnosti ukládat náboj. Kapacita se měří ve faradech a určuje množství elektrického náboje, které je kondenzátor schopen pojmout. Čím větší je kapacita kondenzátoru, tím více nabití může nashromáždit.
Kondenzátory mají široké uplatnění v elektronice. Používají se k filtrování signálů, pulzování a rušení, regulaci jasu v elektronických zařízeních, ukládání energie ke spuštění motorů a mnoha dalším úkolům.
Indukčnosti
Indukčnost se měří v Henryho (hn) a je měřítkem změny magnetického toku přes prvek obvodu při změně proudu. Indukčnost v podstatě určuje odpor ke změně proudu v obvodu.
Když dochází ke změnám proudu v obvodu, indukčnost vytváří elektromagnetickou indukci, která působí proti změně proudu. To je vyjádřeno v principu sebeindukce: čím větší je indukčnost, tím silnější je odpor ke změně proudu.
Indukčnost, stejně jako odpor, ovlivňuje elektrický potenciál v obvodu a může vést ke snížení napětí v oblasti obvodu. To může být užitečné v různých elektrických zařízeních, jako jsou filtry a stabilizátory napětí.
Indukčnost také hraje důležitou roli v proměnných elektrických obvodech. Jejich vlastnosti se mohou měnit v závislosti na frekvenci proudu, což může vést k rezonanci a dalším zajímavým jevům.