Opór elektryczny i prawo Ohma

Opór elektryczny to wielkość fizyczna, która mówi, jak bardzo dany element obwodu utrudnia przepływ prądu. Można powiedzieć obrazowo, że jest to „przeszkoda” dla poruszających się ładunków elektrycznych.

Jeśli opór jest mały, prąd płynie łatwiej. Jeśli opór jest duży, przepływ prądu jest trudniejszy. Dlatego różne materiały i urządzenia mogą przewodzić prąd lepiej albo gorzej.

Jednostką oporu jest om i zapisujemy ją jako $\Omega$. Gdy w obwodzie napięcie wynosi $1\ V$, a natężenie $1\ A$, to opór jest równy $1\ \Omega$.

Prawo Ohma opisuje zależność między napięciem, natężeniem prądu i oporem. Mówi ono, że natężenie prądu jest wprost proporcjonalne do napięcia i odwrotnie proporcjonalne do oporu.

Najczęściej korzystamy ze wzoru:

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

Z tego samego prawa można wyprowadzić też dwa inne wzory:

$$U=I\cdot R$$

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

Trzeba dobrze rozumieć znaczenie symboli:

• $I$ oznacza natężenie prądu i podajemy je w amperach $A$
• $U$ oznacza napięcie i podajemy je w woltach $V$
• $R$ oznacza opór i podajemy go w omach $\Omega$

Między natężeniem, napięciem i oporem zachodzą proste zależności. Gdy opór się nie zmienia, większe napięcie powoduje większe natężenie prądu. To znaczy, że bateria o większym napięciu może wymusić większy przepływ prądu przez ten sam odbiornik.

Z kolei gdy napięcie jest stałe, większy opór oznacza mniejsze natężenie. Dzieje się tak, ponieważ ładunkom trudniej przemieszczać się przez element, który mocniej „stawia opór”.

W praktyce można to porównać do przepływu wody w rurze:

• większe napięcie jest jak mocniejsze pchanie wody
• większy opór jest jak węższa albo bardziej zatkana rura
• większe natężenie oznacza, że w danym czasie przepływa więcej ładunku

W zadaniach z prawa Ohma najważniejsze jest dobranie właściwego wzoru i uważne podstawienie danych.

Jeśli znamy napięcie i opór, obliczamy natężenie:

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

Dla $U=12\ V$ i $R=4\ \Omega$ mamy:

$$I=\frac{12\ V}{4\ \Omega}=3\ A$$

Jeśli znamy napięcie i natężenie, obliczamy opór:

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

Dla $U=9\ V$ i $I=3\ A$ otrzymujemy:

$$R=\frac{9\ V}{3\ A}=3\ \Omega$$

Jeśli znamy natężenie i opór, obliczamy napięcie:

$$U=I\cdot R$$

Dla $I=2\ A$ i $R=5\ \Omega$ mamy:

$$U=2\ A\cdot 5\ \Omega=10\ V$$

W obliczeniach trzeba zwracać uwagę na jednostki i nie mylić symboli $I$, $U$ i $R$.

Przewodniki to materiały, przez które prąd płynie łatwo. Należą do nich głównie metale, na przykład miedź i aluminium. Dlatego z takich materiałów wykonuje się przewody elektryczne.

Izolatory to materiały, które bardzo słabo przewodzą prąd. Przykładami są guma, plastik i szkło. Używa się ich do ochrony człowieka przed porażeniem oraz do osłaniania przewodów.

W prostym obwodzie spotykamy też przyrządy pomiarowe:

• amperomierz mierzy natężenie prądu
• woltomierz mierzy napięcie

W klasie 8 warto przede wszystkim wiedzieć, co mierzą te przyrządy i jakie wielkości opisują. To pomaga rozumieć doświadczenia oraz wyniki pomiarów.

W tym temacie często pojawiają się podobne pojęcia, dlatego trzeba je wyraźnie odróżniać. Opór nie jest tym samym co natężenie, a napięcie nie jest jednostką oporu.

Najczęstsze błędy to:

• mylenie jednostek $A$, $V$ i $\Omega$
• używanie złego wzoru do obliczeń
• brak jednostki przy wyniku
• odwracanie zależności i mówienie, że większy opór daje większy prąd

Najlepiej uczyć się tego działu w trzech krokach:

• zapamiętać znaczenie symboli $I$, $U$, $R$
• ćwiczyć trzy wzory: $I=\frac{U}{R}$, $U=I\cdot R$, $R=\frac{U}{I}$
• sprawdzać, czy wynik jest logiczny, na przykład czy większy opór rzeczywiście zmniejsza prąd

Dobre zrozumienie prawa Ohma przydaje się nie tylko na sprawdzianie, ale też przy omawianiu działania urządzeń elektrycznych w życiu codziennym.