Ohmov zakon za kompletan krug i za dio kruga: varijante zapisa formule, opis i objašnjenje

Profesionalni električar, stručnjak elektroničar, nikako ne može u vlastitom radu zaobići Ohmov zakon pri rješavanju bilo kakvih zadataka povezanih s podešavanjem i popravkom elektroničkih i električnih shema.

Zapravo, razumijevanje ovog zakona potrebno je svakome. Jer se svatko u svakodnevnom životu mora baviti elektricitetom.

I iako je školskim programom srednje škole predviđen zakon njemačkog fizičara Ohma, u praksi se ne proučava uvijek pravodobno. Stoga ćemo u našem materijalu razmotriti ovu aktualnu temu i razjasniti varijante zapisa formule.

Pojedinačni dio i puni električni krug

Promatrajući električni krug s gledišta primjene Ohmovog zakona na shemu, valja istaknuti dvije moguće varijante izračuna: za pojedinačni dio i za cjelovitu shemu.

Izračun struje dijela električne sheme

Dijelom električnog kruga obično se smatra dio sheme koji isključuje izvor EMS, jer on ima dodatni unutarnji otpor.

Stoga formula izračuna u ovom slučaju izgleda jednostavno:

I = U/ R,

Gdje, redom:

• I – jakost struje;
• U – primijenjeni napon;
• R – otpor.

Tumačenje formule je jednostavno – struja koja teče kroz neki dio kruga proporcionalna je primijenjenom naponu, a obrnuto proporcionalna otporu.

Takozvana grafička «tratinčica», posredstvom koje je predstavljen cijeli skup varijacija formulacija temeljenih na Ohmovom zakonu. Prikladan alat za džepno nošenje: sektor “P” – formule snage; sektor “U” – formule napona; sektor “I” – formule struje; sektor “R” – formule otpora.

Dakle, formula jasno opisuje ovisnost tijeka struje kroz pojedinačni dio električnog kruga u odnosu na određene vrijednosti napona i otpora.

Formulom je zgodno koristiti, na primjer, pri izračunu parametara otpora koji je potrebno zalemiti u krug, ako su zadani napon i struja.

Ohmov zakon i dvije posljedice koje mora poznavati svaki profesionalni elektromehaničar, elektroinženjer, elektroničar i svi koji su povezani s radom električnih krugova. S lijeva na desno: 1 – definicija struje; 2 – definicija otpora; 3 – definicija napona, gdje je I – jakost struje, U – napon, R – otpor.

Gornja slika pomoći će odrediti, na primjer, struju koja teče kroz otpor od 10 oma na koji je priključen napon od 12 volti. Uvrštavanjem vrijednosti nalazimo – I = 12 / 10 = 1,2 ampera.

Slično se rješavaju zadaci pronalaženja otpora (kada su poznati struja i napon) ili napona (kada su poznati napon i struja).

Time se uvijek može odabrati potreban radni napon, potrebna jakost struje i optimalni otpornički element.

Formula koju se predlaže koristiti ne zahtijeva uzimanje u obzir parametara izvora napona. Međutim, krug koji sadrži, na primjer, akumulator, izračunavat će se prema drugoj formuli. Na shemi: A – uključivanje ampermetra; V – uključivanje voltmetra.

Inače, spojne žice bilo kojeg kruga – to su otpori. Veličina opterećenja koje će one nositi određena je naponom.

Sukladno tome, opet koristeći Ohmov zakon, postaje moguć točan odabir potrebnog presjeka vodiča, ovisno o materijalu žile.

Na našoj web stranici postoji detaljna uputa za izračun presjeka kabela prema snazi i struji.

Varijanta izračuna za puni krug

Potpuni krug čine već dio (dijelovi), kao i izvor EMS. To jest, zapravo se postojećem otporničkom komponentu dijela kruga dodaje unutarnji otpor izvora EMS.

Stoga je logična određena izmjena gore razmatrane formule:

I = U / (R + r)

Naravno, vrijednost unutarnjeg otpora EMS u Ohmovom zakonu za potpuni električni krug može se smatrati zanemarivom, iako uvelike ta vrijednost otpora ovisi o strukturi izvora EMS.

Ipak, pri proračunima složenih elektroničkih shema, električnih krugova s mnogo vodiča, prisutnost dodatnog otpora važan je čimbenik.

Za proračune u uvjetima cjelovitog električnog kruga uvijek se uzima u obzir rezistivna vrijednost izvora EMS. Ta se vrijednost zbraja s rezistivnim otporom samog električnog kruga. Na shemi: I – prolaz struje; R – vanjski rezistivni element; r – rezistivni faktor EMS (izvor energije)

Kao za dio kruga, tako i za cijelu shemu treba uzeti u obzir prirodnu činjenicu – korištenje struje konstantne ili izmjenične veličine.

Ako su gore navedene činjenice, karakteristične za Ohmov zakon, razmatrane s aspekta korištenja istosmjerne struje, onda s izmjeničnom strujom sve izgleda donekle drugačije.

Razmatranje djelovanja zakona na promjenjivu veličinu

Pojam «otpor» za uvjete prolaska izmjenične struje treba promatrati više kao pojam «impedancija». Ovdje se misli na kombinaciju aktivnog rezistivnog opterećenja (Ra) i opterećenja koje stvara reaktivni rezistor (Rr).

Takve su pojave uvjetovane parametrima induktivnih elemenata i zakonima komutacije u odnosu na izmjeničnu veličinu napona – sinusoidnu veličinu struje.

Ovako izgleda ekvivalentna shema električnog kruga izmjenične struje za proračun s primjenom formulacija koje proizlaze iz načela Ohmovog zakona: R – rezistivna komponenta; C – kapacitivna komponenta; L – induktivna komponenta; EMS - izvor energije; I - prolaz struje

Drugim riječima, postoji efekt prednjačenja (kašnjenja) vrijednosti struje u odnosu na vrijednosti napona, što je popraćeno pojavom aktivne (rezistivne) i reaktivne (induktivne ili kapacitivne) snage.

Proračun takvih pojava provodi se pomoću formule:

Z = U / I ili Z = R + J * (X_L – X_C)

gdje: Z – impedancija; R – aktivno opterećenje; X_L , X_C – induktivno i kapacitivno opterećenje; J – koeficijent.

Serijski i paralelni spoj elemenata

Za elemente električnog kruga (dijela kruga) karakteristično je serijsko ili paralelno spajanje.

Sukladno tome, svaka vrsta spoja popraćena je različitim karakterom tijeka struje i dovodom napona. U tom pogledu, Ohmov zakon se također primjenjuje različito, ovisno o načinu uključivanja elemenata.

Krug serijski spojenih otpornih elemenata

Za serijski spoj (dio kruga s dvije komponente) koristi se formulacija:

• I = I₁ = I₂ ;
• U = U₁ + U₂ ;
• R = R₁ + R₂

Takva formulacija jasno pokazuje da, bez obzira na broj serijski spojenih rezistivnih komponenti, struja koja teče u dijelu kruga ne mijenja svoju vrijednost.

Spajanje otpornih elemenata u dijelu strujnog kruga u seriju jedan za drugim. Za ovu varijantu vrijedi vlastiti zakon izračuna. Na shemi: I, I1, I2 – prolaz struje; R1, R2 – otporni elementi; U, U1, U2 – primijenjeni napon

Iznos napona primijenjenog na djelujuće otporne komponente kruga zbroj je i ukupno čini vrijednost izvora EMS.

Pritom je napon na svakoj pojedinoj komponenti jednak: Ux = I * Rx.

Ukupni otpor treba promatrati kao zbroj nazivnih vrijednosti svih otpornih komponenti kruga.

Krug paralelno spojenih otpornih elemenata

U slučaju paralelnog spajanja otpornih komponenti, u odnosu na zakon njemačkog fizičara Ohma, vrijedi sljedeća formulacija:

• I = I₁ + I₂ … ;
• U = U₁ = U₂ … ;
• 1 / R = 1 / R₁ + 1 / R₂ + …

Nisu isključene varijante sastavljanja dijelova kruga „mješovitog” tipa, kada se koristi paralelno i serijsko spajanje.

Spajanje otpornih elemenata u dijelu kruga paralelno jedan s drugim. Za ovu varijantu primjenjuje se vlastiti zakon izračuna. Na shemi: I, I1, I2 – prolaz struje; R1, R2 – otporni elementi; U – dovedeni napon; A, B – ulazne/izlazne točke

Za takve varijante izračun se obično provodi početnim izračunom nazivnog otpora paralelnog spoja. Zatim se dobivenom rezultatu dodaje nazivna vrijednost serijski spojenog otpornika.

Integralni i diferencijalni oblik zakona

Sve gore navedene točke s izračunima primjenjive su na uvjete kada se u električnim krugovima koriste vodiči, takoreći, „homogene” strukture.

Međutim, u praksi se često susrećemo s izradom shema gdje se u različitim dijelovima struktura vodiča mijenja. Na primjer, koriste se žice većeg presjeka ili, naprotiv, manjeg, izrađene od različitih materijala.

Za uzimanje u obzir takvih razlika postoji varijanta takozvanog „diferencijalno-integralnog Ohmovog zakona”. Za beskonačno mali vodič izračunava se razina gustoće struje ovisno o jakosti polja i vrijednosti specifične vodljivosti.

Za diferencijalni izračun uzima se formula: J = ό * E

Za integralni izračun, primjereno, formulacija: I * R = φ1 – φ2 + έ   

Međutim, ovi primjeri su već bliže školi više matematike i u stvarnoj praksi jednostavnog električara zapravo se ne primjenjuju.

Zaključci i koristan video na temu

Detaljna analiza Ohmovog zakona u videozapisu prikazanom u nastavku pomoći će u konačnom učvršćivanju znanja u ovom smjeru.

Svojevrsna video lekcija kvalitetno podupire teorijsko pismeno izlaganje.

Rad električara ili djelatnost elektroničara neraskidivo su povezani s trenucima kada se stvarno mora promatrati zakon Georga Ohma u djelovanju. To su svojevrsne općepoznate istine koje bi svaki profesionalac trebao znati.

Opsežno znanje o ovom pitanju nije potrebno – dovoljno je naučiti tri glavne varijacije formulacije kako biste ih uspješno primjenjivali u praksi.

Želite li dopuniti gore navedeni materijal vrijednim primjedbama ili izraziti svoje mišljenje? Pišite, molim Vas, komentare u bloku ispod članka. Ako imate pitanja, slobodno ih postavite našim stručnjacima.