Prawo Ohma to wzór wyrażający matematyczną relację między napięciem, prądem i rezystancją w obwodzie elektrycznym.
Dla studentów elektroniki prawo Ohma (U = IR) jest równie ważne, jak równanie względności Einsteina (E = mc²) dla fizyków.
U = I x R
W rozwinięciu oznacza to napięcie = prąd x rezystancja, czyli wolty = ampery x omy, czyli V = A x Ω.
To prawo, odkryte przez niemieckiego fizyka Georga Ohma (1789-1854), opisuje podstawowe wielkości występujące w obwodach:
| Wielkość | Symbol w prawie Ohma | Jednostka miary (skrót) | Rola w obwodach | Dla ciekawych: |
|---|---|---|---|---|
| Napięcie | U | Wolt (V) | Ciśnienie, które wyzwala przepływ elektronów | U = siła elektromotoryczna (termin używany dawniej) |
| Prąd | I | Amper (A) | Natężenie przepływu elektronów | I = natężenie |
| Rezystancja | R | Om (Ω) | Ograniczenie przepływu | Ω = grecka litera omega |
Jeśli znane są dwie z tych wartości, technicy mogą przekształcić prawo Ohma tak, aby obliczyć trzecią. Wystarczy zmodyfikować piramidę w następujący sposób:
Jeśli znamy napięcie (U) i prąd (I), a chcemy znać rezystancję (R), wykreślamy R z piramidy i obliczamy powstały wzór (patrz pierwsza piramida od lewej powyżej).
Wskazówka: Ponieważ nie można zmierzyć rezystancji obwodu podczas jego pracy, prawo Ohma jest bardzo przydatne, gdy musimy ją obliczyć. Zamiast wyłączać obwód w celu zmierzenia rezystancji, technik może wyliczyć R z powyższego przekształcenia prawa Ohma.
Jeśli już znamy napięcie (U) i rezystancję (R), a chcemy znać prąd (I), wykreślamy I z piramidy i obliczamy dwa pozostałe symbole (patrz środkowa piramida powyżej).
A jeśli znamy prąd (I) i rezystancję (R), a chcemy znać napięcie (U), mnożymy dolne połówki piramidy przez siebie (patrz pierwsza piramida od prawej).
Spróbuj wykonać kilka przykładowych obliczeń na podstawie prostego obwodu szeregowego zawierającego tylko jedno źródło napięcia (baterię) i rezystancję (żarówkę). W każdym z przykładów są znane dwie wartości. Oblicz trzecią z prawa Ohma.
Przykład 1: znane są napięcie (U) i rezystancja (R).
Jaki jest prąd w obwodzie?
I = U/R = 12 V/6 Ω = 2 A
Przykład 2: znane są napięcie (U) i prąd (I).
Jaką rezystancję ma żarówka?
R = U/I = 24 V/6 A = 4 Ω
Przykład 3: znane są prąd (I) i rezystancja (R). Ile wynosi napięcie?
Jakie jest napięcie w obwodzie?
U = I x R = (5 A)(8 Ω) = 40 V
Gdy Ohm opublikował swój wzór w 1827 r., jego głównym odkryciem było to, że wielkość prądu elektrycznego przepływająca przez przewodnik jest wprost proporcjonalna do przyłożonego do niego napięcia. Inaczej mówiąc, do przepływu jednego ampera prądu przez jeden om rezystancji wymagany jest jeden wolt napięcia.
Co można weryfikować przy użyciu prawa Ohma?
Prawo Ohma może służyć do weryfikowania wartości statycznych elementów obwodów, poziomów natężenia prądu, źródeł napięcia i spadków napięcia. Jeżeli na przykład przyrząd pomiarowy wykryje natężenie prądu wyższe niż zwykle, może to oznaczać spadek rezystancji lub wzrost napięcia, który skutkuje wystąpieniem wysokiego napięcia w danym miejscu obwodu. Może to wskazywać na problem z zasilaniem lub obwodem.
Jeśli wartość natężenia prądu zmierzona w obwodach prądu stałego (DC) jest niższa niż zwykle, może to oznaczać spadek napięcia lub wzrost rezystancji obwodu. Przyczynami zwiększonej rezystancji mogą być niestabilne lub poluzowane połączenia, korozja i/lub uszkodzone elementy.
Odbiorniki w obwodzie pobierają prąd elektryczny. Odbiornikami mogą być dowolne elementy: małe urządzenia elektryczne, komputery, artykuły gospodarstwa domowego lub duży silnik. Na większości takich elementów (odbiorników) znajduje się tabliczka znamionowa lub nalepka informacyjna. Te tabliczki znamionowe zawierają oznaczenia dotyczące bezpieczeństwa i wiele parametrów referencyjnych.
Technicy mogą odczytać z tabliczki znamionowej podzespołu standardowe wartości napięcia i prądu. Jeśli w trakcie pomiarów technicy stwierdzają, że zwyczajowe wartości nie są wskazywane na ich multimetrze cyfrowym lub mierniku cęgowym, mogą na podstawie prawa Ohma wykryć, która część obwodu zawodzi i na czym może polegać problem.
Podstawowa wiedza o obwodach
Obwody, jak każda materia, są zbudowane z atomów. Atomy składają się z cząstek subatomowych:
- protonów (o dodatnim ładunku elektrycznym),
- neutronów (bez ładunku),
- elektronów (naładowanych ujemnie).
Atomy utrzymują w całości siły przyciągania między jądrem atomu a elektronami na jego zewnętrznych powłokach. Pod działaniem napięcia atomy w obwodzie zaczynają się przebudowywać i ich cząstki wywierają potencjał przyciągania zwany różnicą potencjałów. Elektrony swobodne przyciągane są przez protony, a ich ruch tworzy przepływ elektronów (prąd). Każdy materiał w obwodzie, który utrudnia ten przepływ, jest uznawany za rezystancję.
Źródło: Digital Multimeter Principles, Glen A. Mazur, American Technical Publishers.