Ohmov zákon: Základ elektrických obvodov

Ohmov zákon je jedným z najzákladnejších princípov v elektronike, ktorý tvorí chrbticu takmer každého návrhu obvodu. Či už rozsvecujete LED, napájate motor alebo staviate zložitejšie systémy, pochopenie Ohmovho zákona je nevyhnutné na to, aby vaše obvody fungovali tak, ako majú. V tomto príspevku rozoberieme, čo je Ohmov zákon, ako súvisí s napätím, prúdom a odporom a ako ho môžete použiť na svoje vlastné projekty.

Čo je Ohmov zákon?

Ohmov zákon je jednoduchá rovnica, ktorá vysvetľuje vzťah medzi tromi kľúčovými elektrickými veličinami:

napätím, prúdom a odporom.

Zákon je pomenovaný po nemeckom fyzikovi Georgovi Simonovi Ohmovi, ktorý ho prvýkrát sformuloval v roku 1827. Zákon uvádza, že prúd (I) pretekajúci vodičom medzi dvoma bodmi je priamo úmerný napätiu (V) a nepriamo úmerný odporu (R) vodiča.

Matematicky je Ohmov zákon vyjadrený ako:

kde:

je napätie vo voltoch (V),

je prúd v ampéroch (A),

je odpor v ohmoch (Ω).

Táto rovnica je základom pre analýzu a navrhovanie elektrických obvodov.

napätie, prúd a odpor

Napätie (V)

Napätie, často označované ako rozdiel elektrického potenciálu, je sila, ktorá tlačí elektróny cez vodič. Je to podobné ako tlak vody v potrubí – vyššie napätie znamená viac potenciálnej energie na poháňanie prúdu cez okruh. Napätie sa meria vo voltoch (V).

Prúd (I)

Prúd je tok elektrického náboja cez vodič, podobný toku vody v potrubí. Meria sa v ampéroch (A). Množstvo prúdu pretekajúceho obvodom závisí od použitého napätia a odporu komponentov v obvode.

Odpor (R)

Odpor je opozícia voči toku prúdu v obvode. Je to ako úzka časť potrubia, ktorá obmedzuje prietok vody. Vyšší odpor znamená menší prúd pre dané napätie. Odpor sa meria v ohmoch (Ω) a rôzne materiály a komponenty majú rôzne hodnoty odporu.

Aplikácia Ohmovho zákona :

Pochopenie Ohmovho zákona vám umožňuje vypočítať chýbajúcu hodnotu, ak poznáte ďalšie dve. Toto je kľúčové pri navrhovaní obvodov, aby sa zabezpečilo, že komponenty budú fungovať bezpečne a efektívne.

Príklad 1: Výpočet prúdu :

Predpokladajme, že máte 9V batériu pripojenú k odporu s odporom 1 000Ω (1kΩ). Ak chcete zistiť prúd pretekajúci obvodom, môžete zmeniť usporiadanie Ohmovho zákona:

I = V/R = 9V/1000Ω = 0.009A = 9mA

Prúd pretekajúci obvodom je teda 9 miliampérov (mA).

Príklad 2: Výpočet odporu :

Ak viete, že napätie na komponente je 5 V a prúd, ktorý ním preteká, je 2 mA (0,002 A), potom odpor zistite takto:

R = V/I = 5V/0.002A = 2500Ω = 2.5kΩ

Rezistor by mal mať hodnotu 2,5 kΩ.

Príklad 3: Výpočet napätia :

Ak napájate obvod prúdom 0,5A cez odpor 4Ω, môžete vypočítať požadované napätie:

V = I × R= 0.5A × 4Ω = 2V

Na dosiahnutie tohto prúdu s daným odporom by ste potrebovali 2V zdroj.

Praktické aplikácie Ohmovho zákona :

Navrhovanie hodnôt rezistorov pre LED diódy

Pri pripájaní LED k napájaciemu zdroju musíte vypočítať správnu hodnotu odporu, aby ste obmedzili prúd a zabránili vyhoreniu LED. Pomocou Ohmovho zákona môžete určiť odpor potrebný na zníženie nadmerného napätia a reguláciu prúdu.

Napájanie senzorov a mikrokontrolérov

Pri práci so snímačmi alebo mikrokontrolérmi je často potrebné zabezpečiť, aby prúd odoberaný týmito komponentmi neprekročil ich maximálne hodnoty. Ohmov zákon vám pomôže navrhnúť obvody, ktoré poskytujú správne napätie a prúd.

Ohmov zákon v sériových a paralelných obvodoch

Sériové obvody

V sériovom obvode je prúd cez všetky komponenty rovnaký, ale napätie je medzi ne rozdelené. Celkový odpor v sériovom obvode je súčtom jednotlivých odporov:

R-celk. = R1 + R2 + R3 + …

Paralelné obvody

V paralelnom obvode je napätie na všetkých vetvách rovnaké, ale prúd je rozdelený.

1/celk.= 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

Záver

Ohmov zákon je základný princíp, ktorý tvorí základ elektrických obvodov. Pochopením vzťahu medzi napätím, prúdom a odporom môžete s istotou navrhovať, stavať a odstraňovať problémy. Či už s elektronikou len začínate, alebo si chcete prehĺbiť svoje znalosti, zvládnutie Ohmovho zákona je nevyhnutným krokom na vašej ceste.