Czym jest prawo Ohma?
Prawo Ohma to jedno z fundamentalnych praw elektrotechniki i fizyki, sformułowane w 1827 roku przez niemieckiego fizyka Georga Simona Ohma. Opisuje zależność między trzema kluczowymi wielkościami elektrycznymi: napięciem, natężeniem prądu i oporem elektrycznym.
Prawo Ohma stwierdza, że: natężenie prądu płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego do jego końców i odwrotnie proporcjonalne do jego oporu elektrycznego, przy stałej temperaturze.
Wzór prawa Ohma
Podstawowy wzór prawa Ohma:
U = I × R
gdzie:
- U — napięcie elektryczne [wolt, V]
- I — natężenie prądu [amper, A]
- R — opór elektryczny [om, Ω]
Z tego wzoru możemy wyprowadzić dwa inne warianty:
- I = U / R — wzór na natężenie prądu
- R = U / I — wzór na opór elektryczny
Trójkąt Ohma — metoda zapamiętywania
Popularnym sposobem zapamiętania wzorów jest tzw. trójkąt Ohma:
- Na górze trójkąta jest U (napięcie)
- Na dole po lewej — I (natężenie)
- Na dole po prawej — R (opór)
Żeby znaleźć wybraną wielkość, zasłaniamy ją palcem. Jeśli zasłonimy U, widzimy I × R. Jeśli zasłonimy I, widzimy U / R. Jeśli zasłonimy R, widzimy U / I.
Jednostki i ich przeliczanie
| Wielkość | Symbol | Jednostka SI | Często spotykane wielokrotności |
|---|---|---|---|
| Napięcie | U | Wolt (V) | mV (miliwolt), kV (kilowolt) |
| Natężenie | I | Amper (A) | mA (miliamper), μA (mikroamper) |
| Opór | R | Om (Ω) | kΩ (kiloom), MΩ (megaom) |
Przykłady obliczeń — prawo Ohma krok po kroku
Przykład 1: Obliczanie napięcia
Zadanie: Przez opornik o oporze R = 100 Ω płynie prąd o natężeniu I = 0,5 A. Jakie jest napięcie na oporniku?
Rozwiązanie:
U = I × R = 0,5 A × 100 Ω = 50 V
Przykład 2: Obliczanie natężenia prądu
Zadanie: Do żarówki o oporze R = 240 Ω przyłożono napięcie U = 230 V. Jakie natężenie prądu płynie przez żarówkę?
Rozwiązanie:
I = U / R = 230 V / 240 Ω ≈ 0,958 A ≈ 0,96 A
Przykład 3: Obliczanie oporu
Zadanie: Przez drut płynie prąd o natężeniu I = 2 A przy napięciu U = 12 V. Jaki jest opór drutu?
Rozwiązanie:
R = U / I = 12 V / 2 A = 6 Ω
Przykład 4: Przeliczanie jednostek
Zadanie: Rezystor o oporze 4,7 kΩ jest zasilany napięciem 9 V (bateria). Jakie natężenie prądu przez niego płynie?
Rozwiązanie: Najpierw przeliczamy: 4,7 kΩ = 4700 Ω
I = U / R = 9 V / 4700 Ω ≈ 0,00191 A = 1,91 mA
Prawo Ohma w życiu codziennym
Prawo Ohma ma niezliczone zastosowania praktyczne:
- Bezpieczniki: projektowane tak, aby przepuszczać maksymalne natężenie prądu — obliczane z prawa Ohma
- Ładowarki do telefonów: dostosowują napięcie i natężenie do oporu baterii
- Diody LED: rezystor szeregowy ogranicza natężenie prądu przez diodę, chroniąc ją przed zniszczeniem
- Ogrzewanie elektryczne: elementy grzewcze (grzejniki, podgrzewacze) to po prostu opory — obliczamy moc: P = U × I = U²/R
Ograniczenia prawa Ohma
Prawo Ohma obowiązuje tylko dla tzw. omomników liniowych — materiałów, których opór nie zmienia się ze zmianą napięcia lub natężenia. Nie stosuje się go bezpośrednio do:
- Diod i tranzystorów
- Elektrolitów (roztworów przewodzących)
- Materiałów w bardzo wysokich temperaturach
- Półprzewodników w nieliniowych warunkach pracy
Prawo Ohma a moc elektryczna
Łącząc prawo Ohma ze wzorem na moc elektryczną (P = U × I), otrzymujemy przydatne pochodne wzory:
- P = U × I
- P = I² × R
- P = U² / R
Przykład: żarówka 60 W podłączona do sieci 230 V pobiera prąd: I = P/U = 60 W / 230 V ≈ 0,26 A, a jej opór wynosi: R = U/I = 230 V / 0,26 A ≈ 885 Ω.
Chcesz szybko obliczyć napięcie, natężenie lub opór? Skorzystaj z kalkulatora fizycznego na Liczbnik.pl — wprowadź znane wartości i od razu uzyskaj wynik z prawa Ohma.