Prawo Ohma i obwody prądu stałego

Każdy obwód, jaki zbudujesz — od prostej latarki po ładowarkę do telefonu — opiera się na tych samych trzech wielkościach: jak mocno „pcha” bateria (napięcie), ile ładunku w efekcie płynie (natężenie prądu) oraz jak silnie elementy na drodze prądu stawiają temu przepływowi opór (rezystancja). Dla elementów omowych, prawo Ohma, V = IR, wiąże je zależnością proporcjonalną na tyle prostą, że pozwala przewidzieć zachowanie obwodu przy użyciu zwykłej arytmetyki, i leży u podstaw każdej bardziej zaawansowanej techniki analizy obwodów, która następuje potem — od układów szeregowych i równoległych po obwody prądu przemiennego stosowane w prawdziwej elektronice.

Napięcie, prąd i rezystancja

Prąd to tempo przepływu ładunku. Rezystancja mu się przeciwstawia. Dla rezystora omowego podwojenie napięcia podwaja prąd.

Połączenia szeregowe i równoległe

Rezystory w szeregu sumują się bezpośrednio. Równolegle — odwrotność rezystancji zastępczej równa się sumie odwrotności.

Prawo Ohma

W obwodzie napięcie to elektryczny nacisk, a prąd to przepływ ładunku, który on wytwarza. Prawo Ohma mówi, że prąd przez rezystor jest proporcjonalny do napięcia na nim — a rezystancja mówi, jak mocno rezystor przeciwdziała temu przepływowi.

Wzór

V = I · R

V — napięcie (V): elektryczny nacisk na elemencie
I — prąd (A): przepływ ładunku elektrycznego przez element
R — rezystancja (Ω): jak mocno element przeciwdziała prądowi

Przykład rozwiązany

Bateria 9 V podłączona jest do rezystora 3 Ω. Ile płynie prądu?

V = 9 V
R = 3 Ω

I = V / R
I = 9 V / 3 Ω

I = 3 A

Sprawdź się

Ta sama bateria 9 V podłączona jest do większego rezystora 9 Ω. Ile płynie prądu teraz?

3 A
Poprawna odpowiedź: 1 A
81 A

Poprawnie! I = V / R = 9 V ÷ 9 Ω = 1 A — potrójna rezystancja, jedna trzecia prądu.

Gdzie to widzisz

Latarka przygasa równomiernie, w miarę jak rozładowuje się jej bateria — mniejsze napięcie to mniejszy nacisk, więc żarówkę zasila mniejszy prąd i świeci ona słabiej. Pokrętło ściemniacza przy lampie w salonie to to samo prawo z regulacją obrotową: przekręcenie go zwiększa rezystancję w obwodzie, a prąd — i blask — odpowiednio maleją.

Częste błędy

Uporczywy błąd polega na traktowaniu V, I i R jak trzech niezależnych nastaw — a nie są: bateria ustala napięcie, element ustala rezystancję, a prąd jest konsekwencją, I = V / R. Wymień rezystor 3 Ω na 9 Ω przy tej samej baterii 9 V, a prąd spadnie z 3 A do dokładnie 1 A — potrójna rezystancja, jedna trzecia prądu. Drugi błąd to wyobrażanie sobie, że prąd słabnie, krążąc po pętli; prąd to jedna pojedyncza wartość, wyznaczona przez cały obwód.

Jak się to łączy

To słownik, którym mówi cały moduł obwodów — napięcie jako nacisk, prąd jako przepływ, rezystancja jako przeciwdziałanie — i każda późniejsza zasada sprowadza się do niego. Prawa Kirchhoffa, omawiane dalej, biorą tę zależność dla pojedynczego rezystora i stosują ją do węzłów i pętli, dzięki czemu obwody z gałęziami można rozwiązywać, a nie tylko podziwiać.