Fizika 2 - 4.2 Ohmov zakon

Veza jakosti struje i napona

Veza između jakosti struje i napona može se odrediti s pomoću jednostavnoga strujnog kruga prikazanog na slici, a na osnovi kojeg je sastavljen eksperimentalni postav u kojem se izvode mjerenja u pokusu.

Između točaka A i B uključuje se tanka žica od konstantana (legure bakra i nikla), koja djeluje kao otpornik.

U pokusu se mjeri jakost struje s pomoću ampermetra $A,$ koji se serijski s otpornikom spaja u strujni krug.

Napon na krajevima otpornika mjeri se voltmetrom $V,$ koji se spaja paralelno u strujni krug.

Mjerenja se izvode tako da se napon izvora $U,$ povećava u koracima i za svaku vrijednost napona $U$ na ampermetru očita pripadna jakost struje $I .$

Mjerenja se ponavljaju i za slučaj kada između točaka A i B spojimo žicu od volframa. Žice od volframa i od konstantana jednakih su poprečnih presjeka i duljina.

Pozorno pogledajte snimku pokusa i sastavite tablicu u programu MS Excelu gdje ćete upisati parove očitanih vrijednosti pada napona na krajevima žice od konstantana i pripadne jakosti struje koja prolazi vodičem.

Sastavite tablicu i upišite mjerenja i za žicu od volframa.

Pokus

Kolekcija zadataka 1

Zadatak 1.

Na osnovi dobivenih tablica nacrtajte $I,$ $U$ dijagrame.

Ovakav grafički prikaz nazivamo $I$ , $U$ karakteristika ili strujno-naponska karakteristika.

Linearna I,U karakteristika — Linearna I, U karakteristika

Nelinearna I,U karakteristika — Nelinearna I, U karakteristika

Na osnovi vaših tablica grafički prikazi ovisnosti jakosti struje $I$ o primijenjenom naponu $U$ trebali bi izgledati poput prikazanih grafova na slikama.

Zadatak 2.

Što na osnovi dobivenih grafičkih prikaza ovisnosti jakosti struje $I$ o primijenjenom naponu $U$ za žice od konstantana i volframa možete zaključiti?

U slučaju žice od konstantana $I,$ $U$ dijagram je linearan.

Napon na krajevima vodiča je proprcionalan jakosti struje koja njime prolazi.

U slučaju žice od volframa $I,$ $U$ dijagram nije linearan. U tom je slučaju povećanjem primijenjenog napona sporiji prirast jakosti struje.

Zatvori

Zadatci

Kolekcija zadataka 3

Zadatak 7.

Koliki je napon potreban kako bi kroz vodič otpora $6 Ω$ potekla struja jakosti $2 A ?$

Kako biste riješili taj zadatak, koristite se Ohmovim zakonom u obliku

$U = I R .$

Uvrštavanjem podataka u tu formulu dobit ćete rješenje

$U = 12 V .$

Zadatak 8.

Kuhalo za vodu priključeno je na gradsku mrežu napona $220 V .$ Odredite otpor grijača kuhala ako njime teče struja jakosti $4 A .$

Kako biste riješili taj zadatak, koristite se Ohmovim zakonom u obliku

$R = \frac{U}{I} .$

Uvrštavanjem podataka u tu formulu dobit ćete rješenje

$R= 55 Ω$ .

Zadatak 9.

Otpornik otpora $100 Ω$ spojen je na izvor napona $2 V .$ Kolika je jakost struje koja teče otpornikom?

Kako biste riješili taj zadatak, koristite se Ohmovim zakonom u obliku

$I = \frac{U}{R} .$

Uvrštavanjem podataka u tu formulu dobit ćete rješenje

$I = 0,02 A = 20 m A .$

Zadatak 10.

Povećamo li jakost struje u jednoj grani strujnog kruga za $2 A$ , napon će se na njezinim krajevima povećati šest puta. Odredite jakost struje koja je tekla granom strujnog kruga prije te promjene.

Napon na krajevima grane strujnog kruga prije promjene bio je

$U_{1} = I_{1} R,$ a nakon promjene

$U_{2} = I_{2} R .$

Vrijedi sljedeće:

$U_{2} = 6 \cdot U_{1},$ $I_{2} = I_{1} + Δ I,$ $\frac{U_{2}}{U_{1}} = 6,$ odnosno

$\frac{I_{2} R}{I_{1} R} = 6,$ tj. $\frac{I_{1} + Δ I}{I_{1}} = 6,$ imamo:

$I_{1} = \frac{Δ I}{5} .$

Jakost struje se promijenila za $2 A$ pa je jakost struje prije promjene iznosila

$I_{1} = 0,4 A .$

Zatvori

Omski i neomski vodiči

Materijali kod kojih je jakost struje proporcionalna primijenjenom naponu nazivaju se omski vodiči. Za omske vodiče $I,$ $U$ dijagram predstavlja pravac kroz ishodište. Nagib tog pravca odgovara recipročnoj vrijednosti električnog otpora $\frac{1}{R} .$ Što je nagib pravca veći, otpor je manji.

Kod neomskih vodiča otpor može ovisiti o naponu na njihovim krajevima, pritom se otpor može povećavati ili smanjivati s rastom napona ili struje. Njihove karakteristike su nelinearne.

Nelinearnu $I,$ $U$ karakteristiku ima, npr. dioda. Kod nje ne vrijedi proporcionalnost jakosti struje s primijenjenim naponom i osnovno joj je svojstvo da vodi struju samo u jednom smjeru.

Za omske vodiče vrijedi Ohmov zakon.

I,U dijagram omski i neomski vodiči — I, U dijagram omski i neomski vodiči

Kutak za znatiželjne

Kolekcija zadataka 4

Zadatak 11.

Razmislite o tome zašto se upravo volfram koristio kao žarna nit u klasičnim žaruljama?

Zadatak 12.

Iz zadanog $I,$ $U$ dijagrama električni otpor iznosi:

100 Ω

1000 Ω

10 Ω

1 Ω

0, 1 Ω

null

Zadatak 13.

Koji $I,$ $U$ dijagram prikazuje strujno naponsku karakteristiku s najvećim otporom?

null

Zatvori

...i na kraju

Ohmov zakon daje odnos jakosti električne struje i primijenjenog električnog napona u strujnom krugu s nekim omskim otporom.

Ohmov zakon zapisan formulom glasi $I = \frac{U}{R} .$

Jakost struje i iznos primijenjenog napona proporcionalni su. Grafički prikaz ovisnosti jakosti električne struje i primijenjenog napona na otporniku dan je pravcem u $I$ , $U$ dijagramu.

Što je nagib pravca u $I,$ $U$ dijagramu manji, električni otpor vodiča ima manji iznos.

4.2 Ohmov zakon

Na početku...

Veza jakosti struje i napona

Pokus

Kolekcija zadataka 1

Zadatak 1.

Zadatak 2.

Strujno-naponska karakteristika

Zadatak 3.

Kolekcija zadataka 2

Zadatak 4.

Zadatak 5.

Zadatak 6.

Zadatci

Kolekcija zadataka 3

Zadatak 7.

Zadatak 8.

Zadatak 9.

Zadatak 10.

Omski i neomski vodiči

Kutak za znatiželjne

Kolekcija zadataka 4

Zadatak 11.

Zadatak 12.

Zadatak 13.

...i na kraju

4.3 Električni otpor