Jít k navigaci - Jít k vyhledávání


Základy elektrotechniky - 3 - Ohmův zákon

01. 12. 06 - 22:39. Napsal Jiří Chytil. Přečteno 31834x. 26 komentářů

Co je to el. napětí, co Ohmův zákon a co voltampérové charakteristiky. Pokud to nevíte a vědět byste to chtěli, je tento článek jako stvořen právě pro vás.

468x60.gif Doporučujeme virtuálního opertátora GoMobil.cz | Reklamní sdělení

Minule jsme si povídali o el. proudu, el. náboji a také o odporu a vodivosti. Dnes si na začátek řekneme o tom, co je to el. napětí.

Elektrické napětí

Značí se U, jeho jednotkou jsou volty V. Je definováno jako práce, která je nutná k přemístění náboje. Vzorec:

vzorec pro výpočet napětí

A...práce, dosazuje se v joulech [J]
Q...náboj, dosazuje se v coloumbech[Q]

K tomu, aby vodičem mohl procházet proud, potřebujeme právě el. napětí. Laicky řečeno: "Napětí mezi svorkami vytvoří potenciál, který přesouvá el. náboj. Čím je tento potenciál větší, tím větší náboj se přenese, a tím pádem teče i vyšší proud."

Jeden volt je definován jako práce jeden joule, potřebná k přemístění náboje jeden coloumb. Nebo jako teplo jeden joule, vzniklé při průchodu proudu vodičem ze jednu sekundu.

Proudová hustota

Oteplení vodiče, vznikající při průchodu proudu, musí být nějakým způsobem omezeno, kvůli bezpečnosti. Tomuto teplu se říká Lenc-Joulovo teplo. A vodič, ve kterém toto teplo vzniká, se ochlazuje svým povrchem. Pokud je ale povrch vodiče malý, vodič se může přehřívat. Proto se počítá tzv. Proudová hustota, ta se potom udává v A*mm-2 a její hodnota je různá pro různé druhy materiálu. Pro měď a hliník je maximální hodnota 4A*mm-2. Vypočítá se ze vzorce.

vzorec pro proudovou hustotu

Intenzita proudového pole

Udává změnu napětí U v závislosti na délce vodiče l počítá se podle vzorce:

Intenzita proudového pole

Ohmův zákon

Ano je to tady, konečně se dostáváme ke slavnému Ohmovu zákonu. K tomu, co nás bude provázet celou elektronikou, a bez čeho se při tvorbě různých výrobků neobejdeme. Ohmův zákon říká že:

vzorce Ohmova zákona

V ohmově zákoně jsou tedy zachyceny závislosti těchto tří veličin: napětí, proud a odpor. Pokud tedy máme obvod a známe dvě z veličin, můžeme dopočítat veličinu třetí. Zkusím vám to vysvětlit trošku zjednodušeně. Představte si, že se teď místo ve světě elektroniky, ocitáme ve světě hydrauliky, ano budeme se zabývat kapalinami. Představte si, že máme nějakou hadici, na konci ní je ventil, ten nám teď bude představovat odpor a v hadici je určitý tlak, ten nám bude představovat napětí. A zbývá nám tedy proud a ten bude představovat množství kapaliny, která protéká ventilem. Z toho logicky vyplívá, že při konstantním tlaku vody můžeme ventilem regulovat proud, stejně jako při konstantním napětí, můžeme proměnným rezistorem měnit protékající napětí. Necháme-li ale ventil v nějaké poloze a budeme měnit tlak, bude se zvětšovat průtok, stejně jako když budeme mít odpor a budeme na něm zvyšovat napětí, tak poroste i proud. Pokud třeba naopak známe množství protékající kapaliny a tlak, můžeme vypočítat otevření ventilu. K tomu analogicky můžeme při znalosti proudu a napětí vypočítat odpor. A ještě k odporu tak v porovnání s ventilem, čím je odpor větší, tím může téci při konstantním napětí menší proud a naopak. Takže při nulovém odporu by byl ventil plně otevřen a teklo by jím maximální množství kapaliny, ale nejspíš by poklesl tlak. V elektronice se tomuto říká zkratování a nastane při nulové (téměř nulové) hodnotě odporu, kdy dojde k poklesu napětí na nulu. Naopak, je-li ventil úplně zavřen, neprotéká žádná kapalina. Tomuto stavu se v elektronice říká na prázdno (zdroj není zatížen, neprochází jím proud). My se zde bavíme o nějakém napětí a proudu. A aby napětí nebo proud mohly téci musí být obvod uzavřen, proto i my si spojíme hadici zpět ke zdroji, a tím v našem případě bude čerpadlo. Viz obrázek:

hydraulický model
Obrázek č. 1 - Hydraulický model

Jen ještě dodatek ke značení. Schématické značky.

schématické značky ss zdroj a rezistor
Obrázek č. 2 - Schématické značky (zdroj napětí, rezistor)

A ještě jeden dodatek, a to k napětím na jednotlivých spotřebičích, zdrojích či svorkách a ke značení proudů. Značí se pomocí šipek, napětí modře a proud červeně. Napětí má běžnou šipku, proud šipku plnou. Tak, jak je to na obrázku.

značení napětí a proudů
Obrázek č. 3 - Značení napětí a proudů

a) Výpočet proudu:
V obvodu je zapojen rezistor (rezistor je součástka jejíž základní vlastností je odpor, rezistoru se v praxi říká odpor přesto, že je toto pojmenování nesprávné je hodně časté) ke svorkám zdroje napětí, který dává napětí 15V. Hodnota rezistoru je 100Ω. Jaký jím teče proud?

Výpočet proudu: zapojení plus vzorec
Obrázek č. 4 - Výpočet proudu: (zapojení, vzorec)

b) Výpočet odporu:
V obvodu je zapojen rezistor ke svorkám zdroje napětí, který dává napětí 15V. Proud tekoucí rezistorem je 0,2A. Jaká je hodnota rezistoru?

Výpočet odporu: zapojení plus vzorec
Obrázek č. 5 - Výpočet odporu: (zapojení, vzorec)

b) Výpočet napětí:
Rezistor je zapojen ke zdroji. Teče jím proud 0,3A a jeho odpor je 1000Ω, jaké na něm musí být napětí?

Výpočet napětí: zapojení plus vzorec
Obrázek č. 6 - Výpočet napětí: (zapojení, vzorec)

Měření napětí a proudu

Napětí se měří pomocí přístroje, kterému se říká voltmetr. Ten se zapojuje paralelně k měřené součástce, na které se chystáme měřit napětí. Jeho vnitřní odpor je velký, tak aby jím tekl pokud možno co nejmenší proud a nepřemosťoval tak součástky. Naopak přístroj na měření proudu ampérmetr se zapojuje do série s měřeným obvodem, tak aby jím tekl tentýž proud co teče součástkou. Ten má naopak odpor malý, tak aby na něm vznikal minimální úbytek napětí a neovlivňoval obvod. Kdyby měl totiž velký odpor, mohl by jím téci jen malý proud a tím by omezil měřené obvody. Viz obrázky.

zapojení voltmetru a ampérmetru
Obrázek č. 7 - Zapojení voltmetru a ampérmetru

Voltampérové charakteristiky (dále jen VA charakteristiky)

Voltampérovou charakteristiku součástky vytvoříme tak, že součástku připojíme na regulovatelný zdroj (to je takový zdroj, u kterého můžeme měnit výstupní napětí) a napětí na součástce postupně zvyšujeme a zaznamenáváme ho stejně jako procházející proud. Napětí na osu X a proud na osu Y.

zapojení voltmetru a ampérmetru
Obrázek č. 8 - Měření VA char.

Voltampérová charakteristika se jí říká proto, že ukazuje závislost procházejícího proudu na připojeném napětí. Pokud do obvodu zapojíme běžný rezistor, VA charakteristika bude lineární. Pokud ovšem zapojíme součástku nelineární ,například diodu nebo něco jiného, bude charakteristika různě tvarovaná viz grafy:

VA charakteristiky
Obrázek č. 9 - VA charakteristiky

Příklady

1) Spočítejte, jaký průřez musí mít měděný vodič pro proud 14A, aby nebyla překročena proudová hustota 3A*mm-2.Příklad opět vychází jen ze základního vzorce

2) Spočítejte velikost odporu pro U=10V a I=100mA.Pozor jako jednotka jsou zde použity mA je nutné je převést na Ampéry. 1A = 1000mA = 1000000uA

Zobraz řešení příkladů

Příklad první: Minimální průřez je 4,7mm2

řešení příkladu

Příklad druhý: Odpor rezistoru je 100Ohmů

řešení příkladu


Autor
Jiří Chytil

Jiří Chytil24 let

Šéfredaktor 8bitu.cz. V současné době je studentem prvního ročníku magisterského studia na Fakultě elektrotechické na VUT v Brně. Mezi jeho koníčky patří elektrotechnika, bastlení, programování a hudba. Pracuje na částečný úvazrek ve společnosti Honeywell HTS ACS.


Novinky Další novinky

[25. 06.]  A tentokráte vás zdravím z města New York.
[17. 06.]  Zdravim vas z Bostonu vazeni ctenari.
[10. 03.]  Tak jsem pro Vás připravil novou anketu. A snažím se pokračovat na projektu jehož výsledky bych zde rád zveřejnil, ale poněkud mě brzdí diplomová práce a práce.
[30. 01.]  Omlouvám se za nečinnost způsobenou značným nedostatkem času. Nevím, ale jestli se mi to podaří změnit. To víte, člověk stárne a jeho čas je potřeba jinde než na internetu.
[07. 03.]  Po dlouhé době jsme pro vás přichystali novou anketu - najdete ji níže v pravém panelu.

Reklama

Okruháři.cz

E-shop s příbory Toner - levné příbory

Virtuální operátor GoMobil - levné volání

Programujte.com

Léčivé obrazy - enkaustika Lenka Blažíková

Keramika Věra Coufalová - užitková keramika

Anketa

Jaký další modul byste ocenili v softwaru DSE?

RC články - pasivní

RC články - aktivní

Normované filtry

Syntetické indukčnosti

Materiálové tabulky

COM terminál

Design pro 555

Výpočet transformátoru

Výpočet uPásku

Výpočet štěrbinového vedení

Návrh Step-Up měniče

Návrh invertujícího měniče

Transfigurace trojúhelník-hvězda

Předřadník a bočník