Wszystkie rodzaje praw Ohma. Encyklopedia szkolna Zastosowanie prawa Ohma
Podstawowym prawem elektrotechniki, za pomocą którego można badać i obliczać obwody elektryczne, jest prawo Ohma, które określa związek między prądem, napięciem i rezystancją. Konieczne jest jasne zrozumienie jego istoty i umiejętność prawidłowego wykorzystania go przy rozwiązywaniu problemów praktycznych. Często w elektrotechnice popełniane są błędy z powodu niemożności prawidłowego zastosowania prawa Ohma.
Prawo Ohma dla przekroju obwodu stwierdza: prąd jest wprost proporcjonalny do napięcia i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji.
Jeśli kilkakrotnie zwiększysz napięcie działające w obwodzie elektrycznym, wówczas prąd w tym obwodzie wzrośnie o tę samą wartość. A jeśli kilkakrotnie zwiększysz rezystancję obwodu, prąd zmniejszy się o tę samą wartość. Podobnie, im większe ciśnienie i mniejszy opór, jaki rura stawia ruchowi wody, tym większy przepływ wody w rurze.
W popularnej formie prawo to można sformułować w następujący sposób: im wyższe napięcie przy tym samym oporze, tym większy prąd, a jednocześnie im wyższy opór przy tym samym napięciu, tym niższy prąd.
Aby wyrazić prawo Ohma najprościej matematycznie, uważa się, że Opór przewodnika, w którym płynie prąd o natężeniu 1 A przy napięciu 1 V, wynosi 1 om.
Prąd w amperach można zawsze wyznaczyć dzieląc napięcie w woltach przez rezystancję w omach. Dlatego Prawo Ohma dla odcinka obwodu zapisuje się za pomocą następującego wzoru:
Ja = U/R.
Magiczny trójkąt
Dowolną sekcję lub element obwodu elektrycznego można scharakteryzować za pomocą trzech charakterystyk: prądu, napięcia i rezystancji.
Jak korzystać z trójkąta Ohma: zamknij żądaną wartość - pozostałe dwa symbole podają wzór na jej obliczenie. Nawiasem mówiąc, prawo Ohma nazywa się tylko jedną formułą z trójkąta - tą, która odzwierciedla zależność prądu od napięcia i rezystancji. Pozostałe dwie formuły, choć są jej konsekwencjami, nie mają żadnego fizycznego znaczenia.
Obliczenia wykonane przy użyciu prawa Ohma dla odcinka obwodu będą prawidłowe, jeśli napięcie wyrażone zostanie w woltach, rezystancja w omach, a prąd w amperach. Jeżeli stosuje się wiele jednostek miary tych wielkości (na przykład miliampery, miliwolty, megaomy itp.), wówczas należy je przeliczyć odpowiednio na ampery, wolty i omy. Aby to podkreślić, czasami wzór na prawo Ohma dla odcinka obwodu zapisuje się w następujący sposób:
amper = wolt/om
Można również obliczyć prąd w miliamperach i mikroamperach, napięcie należy wyrazić w woltach, a rezystancję odpowiednio w kiloomach i megaomach.
Inne artykuły o elektryczności w prostej i przystępnej prezentacji:
Prawo Ohma obowiązuje dla dowolnej części obwodu. Jeżeli konieczne jest określenie prądu w danym odcinku obwodu, to należy podzielić napięcie działające w tym odcinku (rys. 1) przez rezystancję tego odcinka.
Rys. 1. Zastosowanie prawa Ohma do odcinka obwodu
Podajmy przykład obliczenia prądu za pomocą prawa Ohma. Załóżmy, że chcesz wyznaczyć prąd w lampie o rezystancji 2,5 oma, jeśli napięcie przyłożone do lampy wynosi 5 V. Dzieląc 5 V przez 2,5 oma, otrzymamy wartość prądu 2 A. W drugim przykładzie wyznaczyć prąd, który będzie płynął pod wpływem napięcia 500 V w obwodzie o rezystancji 0,5 MOhm. Aby to zrobić, wyrażamy opór w omach. Dzieląc 500 V przez 500 000 omów, znajdujemy wartość prądu w obwodzie równą 0,001 A lub 1 mA.
Często, znając prąd i rezystancję, napięcie określa się za pomocą prawa Ohma. Napiszmy wzór na określenie napięcia
U = IR
Z tego wzoru jasno wynika, że napięcie na końcach danego odcinka obwodu jest wprost proporcjonalne do prądu i rezystancji. Znaczenie tej zależności nie jest trudne do zrozumienia. Jeśli nie zmienisz rezystancji odcinka obwodu, możesz zwiększyć prąd tylko poprzez zwiększenie napięcia. Oznacza to, że przy stałym oporze większy prąd odpowiada większemu napięciu. Jeżeli konieczne jest uzyskanie tego samego prądu przy różnych rezystancjach, to przy większej rezystancji powinno pojawić się odpowiednio wyższe napięcie.
Często nazywa się napięcie na odcinku obwodu spadek napięcia. Często prowadzi to do nieporozumień. Wiele osób uważa, że spadek napięcia to rodzaj niepotrzebnego, zmarnowanego napięcia. W rzeczywistości pojęcia napięcia i spadku napięcia są równoważne.
Obliczanie napięcia za pomocą prawa Ohma można zilustrować następującym przykładem. Niech prąd 5 mA przepłynie przez odcinek obwodu o rezystancji 10 kOhm i musisz określić napięcie w tej sekcji.
Mnożenie I = 0,005 A przy R -10000 Ohm, otrzymujemy napięcie równe 5,0 V. Ten sam wynik moglibyśmy uzyskać mnożąc 5 mA przez 10 kOhm: U = 50 V
W urządzeniach elektronicznych prąd jest zwykle wyrażany w miliamperach, a rezystancja w kiloomach. Dlatego wygodnie jest używać tych jednostek miary w obliczeniach zgodnie z prawem Ohma.
Prawo Ohma oblicza również rezystancję, jeśli znane jest napięcie i prąd. Wzór dla tego przypadku zapisuje się następująco: R = U/I.
Rezystancja jest zawsze stosunkiem napięcia do prądu. Jeśli napięcie zostanie zwiększone lub zmniejszone kilka razy, prąd wzrośnie lub zmniejszy się o tę samą liczbę razy. Stosunek napięcia do prądu, równy rezystancji, pozostaje niezmieniony.
Nie należy rozumieć wzoru na określenie rezystancji w ten sposób, że rezystancja danego przewodu zależy od odpływu i napięcia. Wiadomo, że zależy to od długości, pola przekroju poprzecznego i materiału przewodnika. Z wyglądu wzór na określenie rezystancji przypomina wzór na obliczenie prądu, ale istnieje między nimi zasadnicza różnica.
Prąd w danym odcinku obwodu tak naprawdę zależy od napięcia i rezystancji i zmienia się, gdy się zmieniają. A rezystancja danego odcinka obwodu jest wartością stałą, niezależną od zmian napięcia i prądu, ale równą stosunkowi tych wartości.
Kiedy ten sam prąd przepływa przez dwie części obwodu, a przyłożone do nich napięcia są różne, jasne jest, że sekcja, do której przyłożone jest większe napięcie, ma odpowiednio większą rezystancję.
A jeśli pod wpływem tego samego napięcia różne prądy płyną w dwóch różnych odcinkach obwodu, to mniejszy prąd będzie zawsze w odcinku o większym oporze. Wszystko to wynika z podstawowego sformułowania prawa Ohma dla odcinka obwodu, czyli z faktu, że im większy prąd, tym większe napięcie i mniejszy opór.
Obliczenie rezystancji za pomocą prawa Ohma dla odcinka obwodu pokażemy na poniższym przykładzie. Niech trzeba znaleźć rezystancję odcinka, przez który przepływa prąd 50 mA przy napięciu 40 V. Wyrażając prąd w amperach, otrzymujemy I = 0,05 A. Podziel 40 przez 0,05 i znajdź rezystancję 800 omów.
Prawo Ohma można wyraźnie przedstawić jako tzw charakterystyka prądowo-napięciowa. Jak wiadomo, bezpośrednia relacja proporcjonalna między dwiema wielkościami to linia prosta przechodząca przez początek układu współrzędnych. Zależność taką zwykle nazywa się liniową.
Na ryc. Rysunek 2 pokazuje jako przykład wykres prawa Ohma dla odcinka obwodu o rezystancji 100 omów. Oś pozioma przedstawia napięcie w woltach, a oś pionowa przedstawia prąd w amperach. Skalę prądu i napięcia można wybrać według potrzeb. Rysuje się linię prostą tak, że w dowolnym punkcie stosunek napięcia do prądu wynosi 100 omów. Na przykład, jeśli U = 50 V, to I = 0,5 A i R = 50: 0,5 = 100 omów.
Ryż. 2. Prawo Ohma (charakterystyka woltoamperowa)
Wykres prawa Ohma dla ujemnych wartości prądu i napięcia ma ten sam wygląd. Oznacza to, że prąd w obwodzie płynie równomiernie w obu kierunkach. Im większa rezystancja, tym mniejszy prąd uzyskuje się przy danym napięciu i tym bardziej płaska jest linia prosta.
Urządzenia, w których charakterystyka prądowo-napięciowa jest linią prostą przechodzącą przez początek współrzędnych, tj. rezystancja pozostaje stała, gdy zmienia się napięcie lub prąd, nazywa się urządzenia liniowe. Stosowane są również terminy obwody liniowe i rezystancje liniowe.
Istnieją również urządzenia, w których rezystancja zmienia się wraz ze zmianą napięcia lub prądu. Wtedy związek między prądem i napięciem wyraża się nie według prawa Ohma, ale w bardziej złożony sposób. W przypadku takich urządzeń charakterystyka prądu i napięcia nie będzie linią prostą przechodzącą przez początek współrzędnych, ale będzie albo krzywą, albo linią przerywaną. Urządzenia te nazywane są nieliniowymi.
Schemat mnemoniczny prawa Ohma
W 1826 roku największy niemiecki fizyk Georg Simon Ohm opublikował swoją pracę „Definicja prawa, według którego metale przewodzą elektryczność kontaktową”, w której podaje sformułowanie słynnego prawa. Naukowcy tamtych czasów z wrogością powitali publikacje wielkiego fizyka. I dopiero gdy inny naukowiec, Claude Poulier, doszedł do tych samych wniosków eksperymentalnie, prawo Ohma zostało uznane na całym świecie.
– wzór fizyczny określający związek pomiędzy prądem, napięciem i rezystancją przewodnika.Ma dwie główne formy.
Sformułowanie Prawo Ohma dla odcinka obwodu – Prąd jest wprost proporcjonalny do napięcia i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji .
To proste wyrażenie pomaga w praktyce rozwiązać szeroki zakres problemów. Aby lepiej zapamiętywać, rozwiążmy problem.
Problem 1.1
Zadanie jest proste: znaleźć rezystancję drutu miedzianego, a następnie obliczyć prąd, korzystając ze wzoru na prawo Ohma dla odcinka obwodu. Zacznijmy.
Sformułowanie Prawo Ohma dla pełnego obwodu - siła prądu jest wprost proporcjonalna do sumy pola elektromagnetycznego obwodu i odwrotnie proporcjonalna do sumy rezystancji źródła i obwodu, gdzie E to emf, R to rezystancja obwodu, r to wewnętrzna rezystancja źródła.
Tutaj mogą pojawić się pytania. Na przykład, czym jest pole elektromagnetyczne? Siła elektromotoryczna jest wielkością fizyczną charakteryzującą działanie sił zewnętrznych w źródle pola elektromagnetycznego. Na przykład w zwykłej baterii AA pole elektromagnetyczne to reakcja chemiczna, która powoduje przemieszczanie się ładunków z jednego bieguna na drugi. Samo słowo to elektro napędowy mówi, że siła ta przenosi elektryczność, czyli ładunek.
Każdy ma rezystancję wewnętrzną r, zależy to od parametrów samego źródła. W obwodzie występuje również rezystancja R; zależy to od parametrów samego obwodu.
Wzór na prawo Ohma dla całego łańcucha można przedstawić w innej formie. Mianowicie: pole elektromagnetyczne źródła obwodu jest równe sumie spadków napięcia na źródle i na obwodzie zewnętrznym.
Aby skonsolidować materiał, rozwiążemy dwa problemy za pomocą wzoruPrawo Ohma dla pełnego obwodu.
Problem 2.1
Znajdź natężenie prądu w obwodzie, jeśli wiadomo, że rezystancja obwodu wynosi 11 omów, a podłączone do niego źródło ma siłę elektromotoryczną 12 V i rezystancję wewnętrzną 1 om.
Rozwiążmy teraz trudniejszy problem.
Problem 2.2
Źródło pola elektromagnetycznego jest podłączone do rezystora o rezystancji 10 omów za pomocą drutu miedzianego o długości 1 m i polu przekroju poprzecznego 1 mm2. Znajdź natężenie prądu, wiedząc, że źródło EMF wynosi 12 V, a rezystancja wewnętrzna wynosi 1,9825 oma.
Zacznijmy.
Napięcie elektryczne powoduje przepływ prądu. Aby jednak pojawił się prąd, nie wystarczy sama obecność napięcia, niezbędny jest także zamknięty obwód prądowy.
Tak jak mierzy się różnicę wody (tzn. ciśnienie wody) pomiędzy dwoma poziomami, tak napięcie elektryczne mierzy się woltomierzem pomiędzy dwoma punktami.
Jednostką miary napięcia i siły elektromotorycznej jest 1 wolt (1 V). Napięcie 1 V ma element Volta (płytki miedziane i cynkowe w rozcieńczonym kwasie siarkowym). Normalny element Westona ma stałe i dokładne napięcie 1,0183 V w temperaturze 20°C.
Prawo Ohma wyraża związek pomiędzy prądem elektrycznym I, napięciem U i rezystancją r. Prąd elektryczny jest wprost proporcjonalny do napięcia i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji: I = U/r
Więcej szczegółów znajdziesz tutaj:
Przykłady:
1. Żarówkę latarki podłączamy do suchego akumulatora o napięciu 2,5 V. Jaki prąd przepływa przez żarówkę, jeśli jej rezystancja wynosi 8,3 oma (rys. 1)?
Ryż. 1.
I = U/r = 4,5/15 = 0,3 A
2. Żarówkę, której spirala ma rezystancję 15 omów, podłącza się do akumulatora o napięciu 4,5 V. Jaki prąd przepływa przez żarówkę (rysunek 2 pokazuje schemat połączeń)?
Ryż. 2.
W obu przypadkach przez żarówkę przepływa ten sam prąd, jednak w drugim przypadku pobierana jest większa moc (żarówka świeci mocniej).
3. Cewka grzejna kuchenki elektrycznej ma rezystancję 97 omów i jest podłączona do sieci o napięciu U = 220 V. Jaki prąd przepływa przez cewkę? Patrz rys. schemat połączeń. 3.
Ryż. 3.
I = U/r = 220/97 = 2,27 A
Rezystancja cewki wynosi 97 omów, biorąc pod uwagę ogrzewanie. Na zimno stawia mniejszy opór.
4. Woltomierz podłączony do obwodu zgodnie ze schematem na rys. 4, pokazuje napięcie U = 20 V. Jaki prąd przepływa przez woltomierz, jeśli jego r V = 1000 omów?
Ryż. 4.
Iv = U/rv = 20/1000 = 0,02 A = 20 mA
5. Żarówkę (4,5 V, 0,3 A) połączono szeregowo z reostatem r = 10 Ohm i akumulatorem o napięciu U = 4 V. Jaki prąd popłynie przez żarówkę, jeśli suwak reostatu znajduje się w położeniu odpowiednio 1, 2 i 3 (rysunek 5 przedstawia schemat połączeń)?
Ryż. 5.
Obliczmy rezystancję żarówki na podstawie jej danych: r l = 4,5/3 = 15 Ohm
Gdy suwak znajduje się w pozycji 1, włącza się cały reostat, tj. Rezystancja obwodu wzrasta o 10 omów.
Prąd będzie równy I1 = U/(r l + r) = 0,16 A = 4/25 = 0,16 A.
W pozycji 2 prąd przepływa przez połowę reostatu, tj. r = 5 omów. I2 = 4/15 = 0,266.
W pozycji 3 reostat jest zwarty (odłączony). Prąd będzie największy, ponieważ przepływa tylko przez spiralę żarówki: I h = 4/15 = 0,266 A.
6. Ciepło powstające w wyniku przepływu prądu elektrycznego z transformatora wykorzystywane jest do ogrzewania zamarzniętej rury żelaznej o średnicy wewnętrznej 500 mm i grubości ścianki 4 mm. Do punktów 1 i 2 oddalonych od siebie o 10 m doprowadzane jest napięcie wtórne o napięciu 3 V. Jaki prąd przepływa przez żelazną rurę (ryc. 6)?
Ryż. 6.
Najpierw obliczmy opór rury r, dla którego musimy obliczyć przekrój rury, czyli pole powierzchni pierścienia:
Opór elektryczny rury żelaznej r = ρl/S = 0,13 x (10/679)= 0,001915 O m.
Prąd płynący przez rurę wynosi: I = U/r = 3/0,001915 = 1566 A.
Zobacz także w tym temacie:
Witam szanownych czytelników serwisu Notatki Elektryka..
Dziś otwieram nową sekcję na stronie o nazwie.
W tej części postaram się w jasny i prosty sposób wyjaśnić Państwu zagadnienia z zakresu elektrotechniki. Od razu powiem, że nie będziemy się zbytnio zagłębiać w wiedzę teoretyczną, ale podstawy poznamy w wystarczającym porządku.
Pierwszą rzeczą, którą chcę ci przedstawić, jest prawo Ohma dla odcinka łańcucha. To najbardziej podstawowe prawo, które każdy powinien znać.
Znajomość tego prawa pozwoli nam łatwo i dokładnie określić wartości prądu, napięcia (różnicy potencjałów) i rezystancji w odcinku obwodu.
Kim jest Om? Trochę historii
Prawo Ohma odkrył w 1826 roku słynny niemiecki fizyk Georg Simon Ohm. Oto jak wyglądał.
Nie opowiem całej biografii Georga Ohma. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w innych zasobach.
Powiem Ci tylko to, co najważniejsze.
Jego imieniem nazwano najbardziej podstawowe prawo elektrotechniki, które aktywnie wykorzystujemy w skomplikowanych obliczeniach w projektowaniu, produkcji i życiu codziennym.
Prawo Ohma dla jednorodnego odcinka łańcucha jest następujące:
I – wartość prądu płynącego przez odcinek obwodu (mierzona w amperach)
U – wartość napięcia na odcinku obwodu (mierzona w woltach)
R – wartość rezystancji odcinka obwodu (mierzona w omach)
Jeśli wzór zostanie wyjaśniony słownie, okaże się, że natężenie prądu jest proporcjonalne do napięcia i odwrotnie proporcjonalne do rezystancji odcinka obwodu.
Przeprowadźmy eksperyment
Aby zrozumieć formułę nie słowami, ale czynami, musisz ułożyć następujący diagram:
Celem tego artykułu jest jasne pokazanie, jak zastosować prawo Ohma dla odcinka obwodu. Dlatego zmontowałem ten obwód na moim stole warsztatowym. Zobacz poniżej jak ona wygląda.
Za pomocą klawisza sterującego (wyboru) można wybrać na wyjściu napięcie stałe lub napięcie przemienne. W naszym przypadku stosowane jest napięcie stałe. Poziom napięcia zmieniam za pomocą autotransformatora laboratoryjnego (LATR).
W naszym eksperymencie użyję napięcia na odcinku obwodu równego 220 (V). Napięcie wyjściowe sprawdzamy za pomocą woltomierza.
Teraz jesteśmy całkowicie gotowi do przeprowadzenia własnego eksperymentu i sprawdzenia prawa Ohma w rzeczywistości.
Poniżej podam 3 przykłady. W każdym przykładzie wymaganą wartość ustalimy dwoma metodami: za pomocą wzoru i w sposób praktyczny.
Przykład 1
W pierwszym przykładzie musimy znaleźć prąd (I) w obwodzie, znając wielkość źródła stałego napięcia i wartość rezystancji żarówki LED.
Napięcie źródła napięcia stałego wynosi U = 220 (V). Opór żarówki LED wynosi R = 40740 (om).
Korzystając ze wzoru, znajdujemy prąd w obwodzie:
I = U/R = 220 / 40740 = 0,0054 (A)
Łączymy szeregowo z żarówką LED załączoną w trybie amperomierza i mierzymy prąd w obwodzie.
Wyświetlacz multimetru pokazuje prąd obwodu. Jego wartość wynosi 5,4 (mA) lub 0,0054 (A), co odpowiada prądowi znalezionemu we wzorze.
Przykład nr 2
W drugim przykładzie musimy znaleźć napięcie (U) odcinka obwodu, znając natężenie prądu w obwodzie i wartość rezystancji żarówki LED.
Ja = 0,0054 (A)
R = 40740 (om)
Korzystając ze wzoru, znajdujemy napięcie sekcji obwodu:
U = I*R = 0,0054 *40740 = 219,9 (V) = 220 (V)
Sprawdźmy teraz uzyskany wynik w praktyce.
Podłączamy multimetr włączony w trybie woltomierza równolegle z żarówką LED i mierzymy napięcie.
Wyświetlacz multimetru pokazuje zmierzone napięcie. Jego wartość wynosi 220 (V), co odpowiada napięciu znalezionemu na podstawie wzoru na prawo Ohma dla odcinka obwodu.
Przykład nr 3
W trzecim przykładzie musimy znaleźć rezystancję (R) odcinka obwodu, znając wielkość prądu w obwodzie i wartość napięcia w odcinku obwodu.
Ja = 0,0054 (A)
U = 220 (V)
Ponownie skorzystajmy ze wzoru i znajdźmy rezystancję odcinka obwodu:
R = U/I = 220/0,0054 = 40740,7 (om)
Sprawdźmy teraz uzyskany wynik w praktyce.
Mierzymy rezystancję żarówki LED za pomocą multimetru.
Wynikowa wartość była R = 40740 (om), co odpowiada oporowi obliczonemu ze wzoru.
Jak łatwo jest zapamiętać prawo Ohma dla części obwodu!!!
Aby się nie pomylić i łatwo zapamiętać formułę, możesz skorzystać z małej podpowiedzi, którą możesz zrobić sam.
Narysuj trójkąt i wprowadź do niego parametry obwodu elektrycznego, zgodnie z poniższym rysunkiem. Powinieneś to dostać w ten sposób.
Jak tego użyć?
Korzystanie z trójkąta podpowiedzi jest bardzo łatwe i proste. Zamknij palcem parametr obwodu, który należy znaleźć.
Jeśli pozostałe parametry trójkąta znajdują się na tym samym poziomie, należy je pomnożyć.
Jeżeli pozostałe parametry trójkąta znajdują się na różnych poziomach, konieczne jest podzielenie górnego parametru przez dolny.
Za pomocą trójkąta podpowiedzi nie pomylisz się w formule. Ale lepiej uczyć się tego jak tabliczki mnożenia.
wnioski
Na koniec artykułu wyciągnę wniosek.
Prąd elektryczny to ukierunkowany przepływ elektronów z punktu B o potencjale ujemnym do punktu A o potencjale dodatnim. Im większa różnica potencjałów między tymi punktami, tym więcej elektronów przesunie się z punktu B do punktu A, tj. Prąd w obwodzie wzrośnie, pod warunkiem, że rezystancja obwodu pozostanie niezmieniona.
Ale opór żarówki sprzeciwia się przepływowi prądu elektrycznego. Im większa rezystancja w obwodzie (połączenie szeregowe kilku żarówek), tym mniejszy będzie prąd w obwodzie przy stałym napięciu sieciowym.
P.S. Tutaj w Internecie znalazłem zabawną, ale wyjaśniającą kreskówkę na temat prawa Ohma dla odcinka obwodu.
W 1826 roku niemiecki naukowiec Georg Ohm dokonał odkrycia i opisał
empiryczne prawo dotyczące związku między takimi wskaźnikami, jak natężenie prądu, napięcie i charakterystyka przewodnika w obwodzie. Następnie, od nazwiska naukowca, zaczęto go nazywać prawem Ohma.
Później okazało się, że te cechy to nic innego jak opór przewodnika powstający podczas jego kontaktu z elektrycznością. Jest to opór zewnętrzny (R). Istnieje również rezystancja wewnętrzna (r) charakterystyczna dla źródła prądu.
Prawo Ohma dla odcinka obwodu
Zgodnie z uogólnionym prawem Ohma dla pewnego odcinka obwodu, natężenie prądu w danym odcinku obwodu jest wprost proporcjonalne do napięcia na końcach odcinka i odwrotnie proporcjonalne do rezystancji.
Gdzie U jest napięciem na końcach odcinka, I jest natężeniem prądu, R jest rezystancją przewodnika.
Biorąc pod uwagę powyższy wzór, możliwe jest znalezienie nieznanych wartości U i R, wykonując proste operacje matematyczne.
Powyższe wzory obowiązują tylko wtedy, gdy sieć napotyka jedynie opór.
Prawo Ohma dla obwodu zamkniętego
Natężenie prądu całego obwodu jest równe sile elektromagnetycznej podzielonej przez sumę rezystancji jednorodnych i niejednorodnych odcinków obwodu.
Sieć zamknięta ma zarówno opory wewnętrzne, jak i zewnętrzne. Dlatego formuły relacji będą inne.
Gdzie E jest siłą elektromotoryczną (EMF), R jest oporem zewnętrznym źródła, r jest oporem wewnętrznym źródła.
Prawo Ohma dla niejednorodnego odcinka obwodu
Zamknięta sieć elektryczna składa się z odcinków o charakterze liniowym i nieliniowym. Sekcje, które nie mają źródła prądu i nie są zależne od wpływów zewnętrznych, są liniowe, a sekcje zawierające źródło są nieliniowe.
Prawo Ohma dla odcinka sieci o charakterze jednorodnym podano powyżej. Prawo dotyczące przekroju nieliniowego będzie miało następującą postać:
Ja = U/ R = f1 – f2 + E/ R
Gdzie f1 – f2 to różnica potencjałów na końcach rozpatrywanego odcinka sieci
R – rezystancja całkowita nieliniowego odcinka obwodu
Semf nieliniowej sekcji obwodu może być większy od zera lub mniejszy. Jeżeli kierunek przepływu prądu pochodzącego ze źródła pokrywa się z ruchem prądu w sieci elektrycznej, dominować będzie ruch ładunków dodatnich, a pole elektromagnetyczne będzie dodatnie. Jeżeli kierunki się pokrywają, ruch ładunków ujemnych wytwarzanych przez pole elektromagnetyczne w sieci będzie się zwiększał.
Prawo Ohma dla prądu przemiennego
Jeżeli w sieci występuje pojemność lub bezwładność, należy wziąć pod uwagę w obliczeniach, że wytwarzają one swój opór, z którego prąd staje się zmienny.
Prawo Ohma dla prądu przemiennego wygląda następująco:
gdzie Z jest rezystancją na całej długości sieci elektrycznej. Nazywa się to również impedancją. Impedancja składa się z rezystancji czynnej i biernej.
Prawo Ohma nie jest podstawowym prawem naukowym, a jedynie zależnością empiryczną i w pewnych warunkach może nie zostać zaobserwowane:
- Gdy sieć ma wysoką częstotliwość, pole elektromagnetyczne zmienia się z dużą prędkością, a w obliczeniach należy uwzględnić bezwładność nośników ładunku;
- W warunkach niskiej temperatury z substancjami posiadającymi nadprzewodnictwo;
- Kiedy przewodnik jest silnie nagrzewany przez przepływające napięcie, stosunek prądu do napięcia staje się zmienny i może nie odpowiadać ogólnemu prawu;
- Gdy przewodnik lub dielektryk znajduje się pod wysokim napięciem;
- W lampach LED;
- W półprzewodnikach i urządzeniach półprzewodnikowych.
Z kolei elementy i przewodniki zgodne z prawem Ohma nazywane są omowymi.
Prawo Ohma może wyjaśnić niektóre zjawiska naturalne. Przykładowo, gdy widzimy ptaki siedzące na przewodach wysokiego napięcia, pojawia się pytanie – dlaczego prąd elektryczny nie oddziałuje na nie? Wyjaśniono to po prostu. Ptaki siedzące na drutach są rodzajem przewodników. Większość napięcia spada na szczeliny między ptakami, a część, która spada na same „przewodniki”, nie stanowi dla nich zagrożenia.
Ale ta zasada działa tylko w przypadku jednego kontaktu. Jeśli ptak dotknie dziobem lub skrzydłem drutu lub słupa telegraficznego, nieuchronnie umrze z powodu ogromnego napięcia, jakie przenoszą te obszary. Takie przypadki zdarzają się wszędzie. Dlatego ze względów bezpieczeństwa w niektórych miejscowościach zainstalowano specjalne urządzenia chroniące ptaki przed niebezpiecznym napięciem. Ptaki na takich grzędach są całkowicie bezpieczne.
Prawo Ohma jest również szeroko stosowane w praktyce. Energia elektryczna jest śmiertelna dla człowieka po dotknięciu gołego przewodu. Ale w niektórych przypadkach opór ludzkiego ciała może być inny.
Przykładowo sucha i nienaruszona skóra ma większą odporność na działanie prądu elektrycznego niż rana czy skóra pokryta potem. Z powodu przepracowania, napięcia nerwowego i zatrucia nawet przy niewielkim napięciu osoba może doznać silnego porażenia prądem.
Średnio rezystancja ludzkiego ciała wynosi 700 omów, co oznacza, że napięcie 35 V jest bezpieczne dla człowieka. Podczas pracy z wysokimi napięciami stosują specjaliści.