Ohmův zákon – základní kámen elektrických obvodů
Ohmův zákon představuje jeden z nejzákladnějších a nejdůležitějších fyzikálních zákonů v oblasti elektrotechniky a elektroniky. Byl formulován roku 1827 německým fyzikem Georgem Simonem Ohmem. Zákon vyjadřuje kvantitativní vztah mezi elektrickým proudem, elektrickým napětím a elektrickým odporem v kovových vodičích při konstantní teplotě. V základním tvaru platí, že elektrický proud (I) protékající vodičem je přímo úměrný napětí (U) mezi jeho konci a nepřímo úměrný elektrickému odporu (R) tohoto vodiče. Matematicky je Ohmův zákon zapsán nejčastěji ve tvaru:
[ I = frac{U}{R} ]
Popřípadě ve variantách ( U = I cdot R ) nebo ( R = frac{U}{I} ).
Fyzikální podstata Ohmova zákona spočívá v pochopení, jak elektrony putují vodivým materiálem. Elektronům je v materiálu kladen určitý odpor v důsledku pohybu mezi atomy a různými defekty ve struktuře vodiče, což se makroskopicky projevuje právě elektrickým odporem. Pokud přiložíme na vodič napětí, vznikne v něm elektrické pole, které urychluje volné elektrony a vytváří tak elektrický proud. Čím vyšší je odpor vodiče, tím menší proud za stejného napětí jím poteče. Odpor je charakterizován nejen materiálem (měď má nižší odpor než železo), ale také délkou a průřezem vodiče. Větší délka znamená vyšší odpor, větší průřez naopak odpor snižuje.
Ohmův zákon je však platný pouze za určitých podmínek – především pro tzv. ohmické materiály, u kterých je vztah mezi proudem a napětím lineární a odpor je konstantní (například kovové vodiče za běžné teploty). Existují také materiály a prvky, například polovodiče, žárovky či diody, u nichž tento vztah neplatí – tam odpor závisí na napětí, proudu, případně teplotě. V praxi se Ohmův zákon využívá při návrhu a analýze elektrických obvodů, výpočtu hodnot rezistorů, dimenzování vodičů a při měřicích technikách v elektrotechnice. Bez znalosti tohoto zákona bychom nebyli schopni efektivně a bezpečně využívat elektrickou energii v domácnostech, průmyslu ani v moderních elektronických zařízeních.
PhDr. Pavel Bartoš, LL.M., DBA (Evropská akademie vzdělávání / European Academy of education)