Закон Ома — фундаментальний закон для електронщика
Практичний посібник: від формули до реальних схем за 15 хвилин
Якщо ви тільки починаєте вивчати електроніку, закон Ома — це перше і найважливіше, що вам потрібно засвоїти. Ця проста формула дозволяє розрахувати будь-яку базову схему: від підключення світлодіода до вибору блока живлення. Без перебільшення — електронщики використовують її щодня.
Закон Ома — ваш головний інструмент у світі електроніки
Три кити електрики: напруга, струм, опір
Перш ніж перейти до формули, розберімося з трьома величинами, які вона пов'язує. Найкраща аналогія для розуміння електрики — це вода в трубах. Уявіть водопровід у вашому домі:
Тепер уявіть: у вас є бак з водою на висоті (це напруга), труба певного діаметру (опір визначає, наскільки легко воді текти), і ви хочете знати, скільки води витече за секунду (струм). Саме цей зв'язок і описує закон Ома.
| Величина | Символ | Одиниця | Аналогія з водою |
|---|---|---|---|
| Напруга | V (або U) | Вольт (В) | Тиск води |
| Струм | I | Ампер (А) | Потік води (л/с) |
| Опір | R | Ом (Ω) | Звуження труби |
Формула закону Ома
Георг Ом у 1827 році експериментально встановив просту залежність: сила струму прямо пропорційна напрузі й обернено пропорційна опору. Математично це записується так:
З цієї базової формули легко вивести дві інші — залежно від того, яку величину потрібно знайти:
V = I × R — знаходимо напругу, коли відомі струм і опір
I = V / R — знаходимо струм, коли відомі напруга і опір
R = V / I — знаходимо опір, коли відомі напруга і струм
Трикутник Ома — мнемонічна підказка
Щоб не плутатися у формулах, електронщики придумали простий трюк — «трикутник Ома». Намалюйте трикутник, розділений горизонтальною лінією: зверху V, знизу I та R поруч. Тепер закрийте пальцем ту величину, яку шукаєте — і побачите формулу:
Трикутник Ома: закрийте потрібну величину — отримаєте формулу
• Закрили V — бачимо I × R (множення, бо поруч)
• Закрили I — бачимо V над R (ділення)
• Закрили R — бачимо V над I (ділення)
Перший практичний приклад: струм у простому колі
Теорія без практики мертва. Розв'яжемо просту задачу: є батарейка 12 В і резистор 600 Ом. Який струм потече через резистор?
I = V / R
I = 12 В / 600 Ω
I = 0,02 А = 20 мА
Через резистор 600 Ом при напрузі 12 В протікатиме струм 20 мА (міліампер). Це типовий робочий струм для світлодіода — і саме до цього ми зараз перейдемо.
«Hello World» електроніки: підключаємо світлодіод
Підключення світлодіода (LED) через резистор — це як «Hello World» у програмуванні: найперша практична задача кожного електронщика. І розв'язується вона саме за допомогою закону Ома.
Класична схема: батарея → резистор → світлодіод
Світлодіод — не резистор, його опір непостійний. Якщо підключити LED напряму до батареї, через нього потече занадто великий струм і він згорить за долі секунди. Резистор обмежує струм до безпечного рівня.
Задача: Підключити червоний світлодіод до батареї 9 В («Крона»). Робочий струм LED — 10 мА, пряме падіння напруги на ньому — 2 В. Який резистор потрібен?
Світлодіод «забирає» 2 В, отже на резистор залишається: 9 В − 2 В = 7 В
10 мА = 0,01 А (ділимо на 1000)
R = V / I
// Потрібний струм: 0,01 А
R = V / I
R = 7 В / 0,01 А
R = 700 Ω
Розрахунок показав 700 Ω. Але резистори випускаються стандартних номіналів: 680 Ω або 750 Ω. Яку вибрати?
Завжди обирайте найближчий більший номінал. Резистор 750 Ω дасть трохи менший струм (~9,3 мА замість 10 мА) — світлодіод світитиме ледь тьмяніше, зате прослужить довше. Резистор 680 Ω дасть ~10,3 мА — теж прийнятно, але без запасу.
Потужність: чому резистори горять
Закон Ома допомагає розрахувати струм і опір, але є ще одна критично важлива величина — потужність. Коли струм проходить через резистор, той нагрівається. Якщо потужність занадто велика — резистор перегріється і згорить.
Перевіримо наш резистор для світлодіода:
P = V × I
P = 7 В × 0,01 А
P = 0,07 Вт (70 мВт)
Стандартний резистор на 0,125 Вт (⅛ Вт) легко впорається з такою потужністю — у нас майже двократний запас. А ось якби розрахунок показав 0,3 Вт, потрібен був би резистор на 0,5 Вт або навіть 1 Вт.
Номінальна потужність резистора має бути мінімум удвічі більшою за розрахункову. Якщо P = 0,2 Вт — беріть резистор на 0,5 Вт. Це забезпечить надійну роботу без перегріву.
Увага: одиниці вимірювання!
Найчастіша помилка початківців — плутанина з одиницями. Закон Ома працює коректно лише коли всі величини в базових одиницях: вольти, ампери, оми. Ось як переводити:
| Префікс | Значення | Приклад | Переведення |
|---|---|---|---|
| мілі- (м) | × 0,001 | 20 мА | 0,02 А |
| мікро- (мк, μ) | × 0,000001 | 500 мкА | 0,0005 А |
| кіло- (к) | × 1000 | 4,7 кΩ | 4700 Ω |
| мега- (М) | × 1 000 000 | 1 МΩ | 1 000 000 Ω |
Типові помилки початківців
- Забули перевести одиниці. Підставили 20 мА замість 0,02 А — отримали результат у 1000 разів менший за правильний.
- Не врахували падіння напруги на LED. Порахували резистор для повних 9 В замість 7 В — світлодіод отримав занадто малий струм і ледь світиться.
- Взяли резистор недостатньої потужності. Розрахункова потужність 0,4 Вт, а резистор на 0,25 Вт — через годину роботи він задимів.
- Підключили LED без резистора. «Та він же і так працює!» — працював 3 секунди, потім спалахнув і помер.
- Переплутали послідовне і паралельне з'єднання. При паралельному з'єднанні резисторів загальний опір зменшується, а не збільшується!
Практичний приклад: тестуємо блок живлення
Ще одне типове застосування — перевірка, чи витримає блок живлення потрібне навантаження. Припустимо, у вас є БЖ на 12 В / 2 А, і ви хочете перевірити його під максимальним струмом.
Перевірка БЖ: резистор як навантаження
Задача: Який мінімальний опір резистора можна підключити до БЖ 12 В / 2 А?
// Напруга: 12 В
R = V / I
R = 12 В / 2 А
R = 6 Ω (мінімум)
Якщо підключити резистор менше 6 Ом — струм перевищить 2 А, і БЖ або вимкнеться захистом, або «просяде» напруга.
Перевіряємо потужність:
P = 12 В × 2 А
P = 24 Вт
Отже, потрібен потужний резистор мінімум на 24 Вт (а краще 50 Вт для запасу). Звичайні резистори на 0,25 Вт тут не підійдуть — вони миттєво згорять!
1. Визначте, яку величину шукаєте (V, I чи R)
2. Переведіть усі дані в базові одиниці
3. Оберіть відповідну формулу (або скористайтеся трикутником)
4. Підставте числа та обчисліть
5. Обов'язково перевірте потужність!
Де закон Ома не працює напряму
Важливо розуміти: закон Ома ідеально працює для лінійних (омічних) елементів — резисторів, провідників, де опір постійний. Але є компоненти з нелінійною характеристикою:
Діоди та світлодіоди — їхній опір залежить від прикладеної напруги. Тому для LED ми рахуємо резистор окремо, а сам діод характеризуємо падінням напруги.
Лампи розжарювання — холодна нитка має опір у 10–15 разів менший, ніж розжарена. Тому при ввімкненні через лампу тече великий пусковий струм.
Транзистори — складніші елементи, де струм керується напругою на затворі або базі.
Однак навіть для цих компонентів закон Ома залишається інструментом аналізу — просто його застосовують до окремих ділянок схеми або в певних режимах роботи.
Підсумок: ваш головний інструмент
Закон Ома — це фундамент, на якому будується вся практична електроніка. Три прості формули дозволяють:
✓ Розрахувати струм у будь-якому простому колі
✓ Підібрати резистор для світлодіода (і не спалити його)
✓ Визначити, чи витримає компонент навантаження
✓ Оцінити потужність і вибрати правильний номінал
✓ Перевірити блок живлення під навантаженням
Запам'ятайте формулу V = I × R, навчіться користуватися трикутником Ома, і найголовніше — практикуйтеся. Зберіть простеньку схему зі світлодіодом і резистором, поміряйте мультиметром струм і напругу, порівняйте з розрахунками. Це найкращий спосіб закріпити знання.
Закон Ома для електронщика — як таблиця множення для математика. Вивчіть його один раз — і користуйтеся все життя.
© 2025 Мій Проект.Автор: Jazzzman. Використання матеріалів дозволено лише з посиланням на джерело.
-400x300.jpg)
Написати коментар