Prawo Ohma: definicja, wzory, interpretacja

Prawo Ohma to podstawowe prawo obwodów elektrycznych głoszące, że natężenie prądu (I) płynącego przez przewodnik jest proporcjonalne do napięcia (U) przyłożonego do jego końców. Wzór na prawo Ohma to: U = R ⋅ I.

Prawo Ohma

Przykładowo: jeżeli do zasilenia obwodu użyjemy baterii typu AA (zwaną potocznie paluszkiem) o napięciu 1,5 V to uzyskamy natężenie prądu sześciokrotnie mniejsze niż używając większej baterii typu PP3 o napięciu 9 V.

W artykule poniżej znajdziesz komplet informacji o prawie Ohma, poznasz najważniejsze wzory, pełne wytłumaczenie prostym językiem wraz z przykładami oraz dowiesz się kiedy prawo Ohma jest spełnione.

Leszek Bober

Dzień dobry. Nazywam się Leszek Bober. Od 35 lat zajmuję się nauczaniem fizyki i jest to moja wielka pasja. Zapraszam Cię serdecznie do lektury tego artykułu oraz do korzystania z innych moich materiałów.


Prawo ohma na tablicy

Co głosi prawo Ohma

Prawo Ohma: natężenie prądu stałego płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego do jego końców.

Prawo Ohma zostało sformułowane przez niemieckiego fizyka i matematyka Georga Ohma w latach 1825-26 na podstawie doświadczeń. Jest ono prawem doświadczalnym a nie uniwersalnym – ma zastosowanie dla niektórych materiałów oraz warunków (np. temperatury).

Georg Ohm, twórca prawa Ohma

Prawo Ohma jest szczególnym przypadkiem sformułowanego póżniej i bardziej ogólnego – drugiego prawa Kirchhoffa

Wzór na prawo Ohma

Natężenie prądu stałego (I) płynącego przez przewodnik jest proporcjonalne do napięcia (U) przyłożonego do jego końców.

U = R \cdot I

Wartość uzyskanego natężenia prądu (czyli wielkości strumienia elektronów) zależy nie tylko od podłączonego napięcia ale także od właściwości przewodnika. Każdy przewodnik stawia pewien opór R i zmniejsza natężenie prądu ponieważ przemieszczające się elektrony zderzają się z atomami przewodnika.

Skoro natężenie prądu (I) jest proporcjonalne do napięcia (U) i jest spowolniane przez opór (R) stawiany przez przewodnik to możemy zapisać tę zależność za pomocą wzoru: I = U/R.

\large I = \frac{U}{R}

Opór prądu elektrycznego (rezystancja)

Współczynik propocjonalności R, który odzwierciedla jak bardzo właściwości przewodnika spowalniają przepływ prądu nazwa się oporem elektrycznym lub rezystancją.

Stosunek napięcia do natężenia prądu dla danego przewodnika jest stały:

\large R = \frac{U}{I}

Jednostka oporu elektrycznego – Ohm

Jednostką oporu elektrycznego jest 1 om (1 Ω):

1 \Omega = \frac{1V}{1A}

Opornik ma opór 1 oma jeżeli przyłożone napięcie 1 wolta wywołuje przepływ prądu o natężeniu 1 ampera.

Konduktancja prądu elektrycznego (G)

Konduktancja prądu elektrycznego to współczynnik proporcjonalności pomiędzy natężeniem i napięciem oznaczany zwykle przez G:

I = G \cdot U

Konduktancja to odwrotność oporu prądu elektrycznego czyli rezystancji:

G = \frac{1}{R}

Wyjaśnienie prawa Ohma

Aby dobrze zrozumieć prawo Ohma, przypomnijmy sobie na czym polega zjawisko prądu elektrycznego, czym jest natężenie prądu a czym jest jego przyczyna czyli napięcie. 

  • Prawo Ohma głosi, że natężenie prądu jest proporcjonalnie do przyłożonego napięcia
  • Wiele urządzeń używanych przez nas jest zasilane prądem np. żarówka, kuchenka, pralka, samochód elektryczny. Zjawisko prądu elektrycznego polega na uporządkowanym ruchu elektronów w przewodnikach. Przy przepływie prądu przez rezystor praca prądu zamieniana jest na ciepło a przy przepływie przez silnik elektryczny na pracę mechaniczną. 
  • Czym jest natężenie prądu? Natężenie to wielkość strumienia elektronów czyli wielkość ładunku przepływającego przez przewodnik w jednostce czasu. Im większe natężenie prądu tym większa pracę i moc elektryczną możemy uzyskać.
  • Czym jest napięcie? Napięcie to różnica potencjałów powodująca przepływ prądu. Przykładem źródła napięcia jest bateria, która zamienia energię z reakcji chemicznej na energię elektryczną.  
  • Podsumowując, napięcie to różnica potencjałów powodująca przepływ prądu. Prawo Ohma głosi, że natężenie, będące efektem przyłożonego napięcia, zachowuje się proporcjonalnie do swojej przyczyny. Przykładowo: gdy przyłożone napięcie wzrośnie dwa razy to spowoduje również dwukrotny wzrost przepływ prądu (natężenia prądu).
  • Wartość uzyskanego natężenia prądu (czyli wielkości strumienia elektronów) zależy nie tylko od podłączonego napięcia ale także od właściwości przewodnika. Każdy przewodnik stawia pewien opór i zmniejsza natężenie prądu ponieważ przemieszczające się elektrony zderzają się z atomami przewodnika
  • Pamiętajmy, że Prawo Ohma jest spełniane jedynie przez część materiałów – głównie przez metale i materiały ceramiczne.
Prawo Ohma

Przykład zastosowania prawa Ohma

  • Regulacja prędkości w wiatraczku chłodzącym nas w upalne dni – zmiana prędkości polega na zmianie oporu zmieniającej z kolei natężenie prądu (przy tym samym napięciu). Załączenie większego oporu spowoduje spadek natężenia i obrotów wiatraczka.

Kiedy prawo Ohma jest spełnione

Prawo Ohma jest prawem doświadczalnym, spełnionym dla niektórych materiałów (np. metali) dla ustalonych warunków przepływu prądu, w szczególności temperatury przewodnika.

Materiały, które stosują się do prawa Ohma, nazywamy przewodnikami omowymi lub przewodnikami liniowymi. Przykłady przewodników, które stosują się do prawa Ohma to metale (np. miedź, złoto, żelazo), niektóre materiały ceramiczne i
elektrolity.

Materiały, które nie stosują sie do prawa Ohma, w których opór jest funkcją natężenia płynącego przez nie prądu nazywamy przewodnikami nieliniowymi. Przykłady przewodników, które nie stosują się do prawa Ohma to półprzewodniki i gazy.

Prawo Ohma nie jest spełnione gdy zmieniają się parametry przewodnika, szczególnie temperatura.

Zależność oporu elektrycznego od rozmiarów przewodnika:

Opór odcinka przewodnika o stałym przekroju poprzecznym R jest wprost proporcjonalny do długości tego odcinka l i odwrotnie proporcjonalny do pola przekroju S:

\large R = \rho \cdot \frac{l}{S}

Gdzie R – opór elektryczny, ρ – opór właściwy, l – długość przewodnika, S – pole przekroju poprzecznego

Zależność ta została stwierdzona doświadczalnie przez brytyjskiego fizyka Humprehya Davego w 1822 roku, a więc przed sformułowaniem prawa Ohma.

A może szukasz innych wzorów i definicji? Znajdziesz ich więcej w dziale – Prąd elektryczny!

Prawo Ohma na wesoło

Wielu osobom w zrozumieniu i zapamiętaniu prawa Ohma oraz zależności pomiędzy natężeniem, napięciem i oporem pomaga infografika z trzema bohaterami: Woltem, Amperem i Omem.

Wyjaśnienie prawa Ohma wesoło:

  • Natężenie to wielkość ładunku przepływającego przez przewodnik w czasie. Na obrazku poniżej Amper próbuje pokonać przewodnik (tubę).
  • Podłączone napięcie (np. bateria) powoduje przepływ prądu. Wolt pomaga Amperowi przecisnąć się przez przewodnik. Im większa pomoc Wolta tym szybciej Amper pokona przewodnik.
  • Każdy przewodnik charakteryzuje się pewnym oporem spowalniającym przepływ prądu. Om przeszkadza Amperowi pokonać przewodnik, zaciskając tubę.
UDOSTĘPNIJ LINK:
Facebooktwittermail