Prawo Ohma

Prawo Ohma (zwana także pierwszym prawem Ohma) jest fundamentalnym prawem elektrotechniki i fizyki opisującym zależność pomiędzy napięciem przyłożonym do przewodnika a natężeniem prądu płynącego w tym przewodniku. Zostało sformułowane w 1827 r. przez Giuseppe Ohma i od tego czasu stanowi podstawę projektowania oraz analizy obwodów elektrycznych.

Definicja i równanie

Prawo Ohma stwierdza, że przy stałej temperaturze napięcie U przyłożone do jednorodnego przewodnika jest wprost proporcjonalne do natężenia prądu I płynącego w tym przewodniku:

U = R·I

gdzie R jest rezystancją przewodnika wyrażaną w omach (Ω). Równanie to można przekształcić w dwóch innych postaciach:

I = U / R – natężenie prądu jako funkcja napięcia i rezystancji,
R = U / I – rezystancję jako stosunek napięcia do natężenia prądu.

Jednostki

W układzie SI podstawowe jednostki używane w prawie Ohma to:

wolt (V) – jednostka napięcia,
amper (A) – jednostka natężenia prądu,
om (Ω) – jednostka rezystancji, równa jednemu woltowi podzielonemu przez amper.

Zakres stosowalności

Prawo Ohma obowiązuje dla tzw. przewodników liniowych, czyli materiałów, w których R jest stałe przy danej temperaturze i przy niskich napięciach. Przykłady obejmują:

druty miedziane i aluminiowe,
oporniki wykonane z węgla lub powłok metalowych.

Nie jest ono spełniane w przypadku:

materiałów nieliniowych, takich jak diody, tranzystory czy elementy półprzewodnikowe,
przewodników o zmiennej rezystancji pod wpływem temperatury (np. termistory),
zjawisk wysokiego napięcia, gdzie występują efekty nieliniowe (np. przebicia).

Metody pomiaru

Aby zweryfikować prawo Ohma w praktyce, najczęściej stosuje się:

Ustawienie zmiennego napięcia przy użyciu zasilacza laboratoryjnego.
Pomiar natężenia prądu przy pomocy amperomierza podłączonego szeregowo.
Obliczenie rezystancji jako stosunku zmierzonego napięcia do zmierzonego natężenia.

Wyniki są zazwyczaj prezentowane na wykresie U‑I, na którym idealny przewodnik liniowy daje prostą przechodzącą przez początek układu współrzędnych.

Historia

Prawo to zostało opublikowane po raz pierwszy w pracy Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet w 1827 roku, autorstwa niemieckiego fizyka i matematyka Giuseppe Ohma. Ohm wyprowadził zależność eksperymentalnie, badając przewodniki różnych materiałów przy stałej temperaturze.

Jego odkrycie nie zostało od razu w pełni docenione, ale w kolejnych dekadach stało się podstawą rozwoju elektrotechniki oraz teorii obwodów elektrycznych.

Zastosowanie w praktyce

Prawo Ohma jest nieodzowne w:

projektowaniu obwodów elektronicznych,
analizie działania urządzeń grzewczych i silników elektrycznych,
doborze elementów rezystancyjnych w układach pomiarowych i sterujących,
diagnostyce usterek – pomiar rezystancji pozwala wykrywać uszkodzenia przewodów i połączeń.

Powiązane prawa

Prawo Ohma współistnieje i jest uzupełniane przez inne fundamentalne prawa elektrotechniki, takie jak:

Prawo Kirchhoffa (pierwsze i drugie prawo Kirchhoffa),
Prawo Gaussa w elektrostatyce.