Co to jest i jak brzmi Prawo Ohma? Definicja, wzór i zastosowanie w praktyce

Czym jest prawo Ohma? Definicja i wzór

Prawo Ohma opisuje zależności między napięciem, oporem i prądem płynącym w obwodzie elektrycznym. Na podstawie swoich doświadczeń opisał je w 1826 roku niemiecki fizyk i matematyk Georg Ohm. Według niego natężenie prądu w przewodniku jest wprost proporcjonalne do napięcia i odwrotnie proporcjonalne do oporu.

Wzór na prawo Ohma to: U = I × R, gdzie:

• U - napięcie wyrażane w woltach [V],
• I - prąd, którego natężenie wyraża się w amperach [A],
• R - opór (rezystancja) wyrażany w omach [Ω].

W praktyce wykorzystuje się też dwa przekształcenia tego wzoru, które pomagają wyliczyć brakujące wielkości w obwodzie elektrycznym:

• I = U / R - służy do obliczenia natężenia prądu w obwodzie, pomocny, gdy trzeba sprawdzić, czy dany element się nie przeciąży,
• R = U / I - odpowiednia wartość rezystancji jest potrzebna, by dobrać właściwy rezystor do obwodu. Bez tego może dojść do uszkodzenia elementów.

Dowiedz się więcej: Czym są napięcie i natężenie prądu?

Dla przykładu: jeśli napięcie prądu wynosi 12 V, a opór równa się 4 Ω, to ze wzoru wynika, że przepływ prądu równa się 3 A. Aby było jasne - to bardzo duża wartość, z którą nie będziesz mieć do czynienia podczas nauki podstaw elektroniki z kitami edukacyjnymi.

Nie przejmuj się, jeśli podczas pomiarów wyjdą Ci wartości nieco inne od wskazanych przez producenta np. baterii. W rzeczywistości trzeba brać pod uwagę kilka innych czynników, które jeszcze nie są Ci potrzebne na etapie nauki.

Co ważne, na początku będziesz mieć do czynienia jedynie z napięciem stałym. Napięcie przemienne, które jest np. w gniazdkach elektrycznych, wymaga większego doświadczenia, dlatego nie bierzemy go tu teraz pod uwagę.

Prawo Ohma jest jedną z podstaw w świecie elektroniki, dlatego poniżej postaramy się wytłumaczyć na prostym, obrazowym przykładzie, jak działają powyższe jednostki.

Jak brzmi prawo Ohma? Prosty przykład z tamą

Wyobraź sobie, że widzisz tamę na rzece. Prąd elektryczny działa podobnie jak woda, która przepływa przez tamę. W takiej sytuacji:

• napięcie (U) to ciśnienie wody albo siła, z jaką woda napiera na tamę,
• natężenie prądu (I) to ilość wody, która przepływa przez tamę w danej jednostce czasu,
• opór (R) to śluza, która zmniejsza przepływ wody.

Jak to wygląda w praktyce? Im większy opór stawia śluza, tym mniejszy jest przepływ wody przez tamę. Tak samo wygląda to w przypadku natężenia prądu płynącego w obwodzie - jest ono mniejsze, gdy wzrasta opór elektryczny stawiany np. przez rezystor, żarówkę czy przewód.

Co zrobić, by zwiększyć przepływ wody w tamie? Albo zmniejszyć opór, albo zwiększyć ciśnienie wody. Wtedy przez niewielką szczelinę w śluzie przepłynie niej więcej. Analogicznie jest w obwodzie - jeśli opór jest duży, potrzeba większego napięcia, by zwiększyć natężenie prądu płynącego przez opornik.

Teraz wiesz już, co to prawo Ohma. A jakie są jego zastosowania w praktyce?

Zastosowania prawa Ohma w praktyce

W przypadku prawa Ohma sama definicja nie jest aż tak ważna jak wzór i jego przekształcenia. Oto kilka praktycznych przykładów, w których przydaje się ta zasada.

Wyliczenie rezystancji do zmniejszenia natężenia prądu w obwodzie

Przyjmijmy, że chcesz podłączyć diodę LED do określonego źródła zasilania, np. baterii 9 V. Jeśli to napięcie jest zbyt duże, przez diodę LED przepłynie prąd o zbyt wysokim natężeniu i ją uszkodzi. Aby tego uniknąć, należy zastosować rezystor o odpowiedniej wartości oporu.

Przyjmijmy następujące wartości:

• źródło napięcia (U) = 9 V,
• spadek napięcia diody LED = 3 V,
• typowe, bezpieczne natężenie prądu (I) diody LED = 20 mA (0,02 A).

Na początek musimy dowiedzieć się, ile napięcia musi zniwelować rezystor. Wyliczamy to w następujący sposób:

9 V - 3 V = 6 V

Teraz przyda się przekształcenie wzoru prawa Ohma na wyliczenie rezystancji  R = U / I. Podstawiamy pod to powyższe wartości:

6 V / 0,02 A = 300 Ω

Kolejny krok to zakup rezystora o najbliższej standardowej wartości, w tym wypadku 330 Ω. Po podpięciu wszystkich elementów do obwodu dioda LED powinna się świecić, ponieważ natężenie prądu mieści się w efektywnym i bezpiecznym dla niej zakresie.

Wyliczenie natężenia do dobrania bezpiecznika zabezpieczającego obwód elektryczny

Prawo Ohma pozwala przewidzieć, czy w razie awarii jednego z elementów natężenie prądu nie wzrośnie do niebezpiecznego poziomu. Aby temu zapobiec, stosuje się bezpieczniki. Ich zadaniem jest przerwanie obwodu, kiedy natężenie prądu przekroczy bezpieczną wartość. Będziesz mieć z nimi do czynienia na co dzień, jeśli zajmiesz się naprawą prostej elektroniki, czy podzespołów wykorzystywanych w branży motoryzacyjnej.

Przyjmijmy następujące wartości:

• napięcie (U) w prostym urządzeniu elektronicznym = 12 V,
• opór (R) wynosi 24 Ω.

Potrzebujemy poznać natężenie (I). W tym celu korzystamy z przekształconego wzoru na prawo Ohma  I = U / R. Podstawiamy znane wartości:

12 V / 24 Ω = 0,5 A

Wiemy już, że w normalnych warunkach urządzenie pobiera 0,5 A. Dlatego szukamy bezpiecznika o wyższej wartości, ale dalej na tyle zbliżonej, by zadziałał przy awarii. Rozsądnym wyborem jest tu bezpiecznik 1 A.

Załóżmy teraz, że doszło do awarii rezystora, przez co opór spadł do 4 Ω. Podstawiamy do wzoru nowe wartości:

12 V / 4 Ω = 3 A

Wychodzi na to, że w obwodzie płynie prąd o natężeniu równym 3 A. Taki wzrost może przegrać przewody lub doprowadzić do uszkodzenia elementów. Jeśli jednak zastosowaliśmy wspomniany wcześniej bezpiecznik 1 A, obwód zostanie przerwany, a urządzenia - zabezpieczone przed zwarciem. Wszystko dzięki wiedzy, którą poznaliśmy po zastosowaniu wzoru prawa Ohma.

Nauka praktycznego wykorzystania prawa Ohma dla całego obwodu

Samodzielna nauka podstaw elektroniki bywa trudna i nieefektywna. Dlatego najlepiej zacząć od zestawów DIY dla początkujących. Nasi eksperci przygotowali wiele gotowych pakietów, dzięki którym poznasz najważniejsze zasady działania elektroniki oraz w praktyce dowiesz się, jak wykorzystać prawo Ohma dla całego obwodu.

Co to prawo Ohma? Podsumowanie

Prawo Ohma to fundamentalna zasada w elektronice, która pokazuje zależność między napięciem, natężeniem prądu i oporem. Dzięki definicji i wzorom prawa Ohma zrozumiesz, jak działają proste obwody oraz jak bezpiecznie dobierać ich elementy. To wiedza przydatna nie tylko w szkole, ale też podczas pierwszych eksperymentów z elektroniką.

Jeśli chcesz dalej rozwijać swoją wiedzę na temat elektroniki, zajrzyj do artykułów:

• Pierwsze Prawo Kirchhoffa - przepływ prądu w obwodzie elektrycznym,
• Drugie Prawo Kirchhoffa - bilans spadku napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym.

Sprawdź, jak w praktyce działa prawo Ohma. Zajrzyj do przygotowanych przez ekspertów z AVT zestawów edukacyjnych do nauki elektroniki. Dzięki nim szybciej przekujesz teorię w użyteczne umiejętności.

Często zadawane pytania (FAQ)

1. Jaki jest wzór na prawo Ohma?

Podstawowy wzór to U = I x R. Gdzie:

• U - napięcie wyrażane w woltach [V],
• I - natężenie prądu wyrażane w amperach [A],
• R - opór (rezystancja) wyrażany w omach [Omega].

2. Co to jest prawo Ohma?

Prawo Ohma opisuje zależności zachodzące między napięciem, natężeniem prądu i oporem (rezystancją) w obwodzie elektrycznym. Zostało sformułowane w 1826 roku przez Georga Ohma, który wykazał, że natężenie prądu w przewodniku jest wprost proporcjonalne do napięcia i odwrotnie proporcjonalne do oporu.

3. Do czego przydaje się prawo Ohma w codziennej elektronice?

Pozwala łatwo obliczyć, jakiego opornika potrzebujemy, aby nie spalić delikatnej diody LED po podłączeniu jej do baterii. Pomaga też ustalić, ile prądu pobiera dane urządzenie, co jest niezbędne do wyboru bezpiecznika o odpowiedniej wartości.

4. Jak najłatwiej zrozumieć działanie prawa Ohma?

Można to porównać do wody płynącej w rurze. Napięcie to ciśnienie wody, natężenie to ilość płynącej wody, a opór to zwężenie rury. Im węższa rura, tym mniej wody przez nią przepłynie, chyba że mocniej dociśniemy wodę, czyli zwiększymy napięcie.