Legea lui Ohm: Formula Secretă a Oricărui Circuit Simplu – Materie BAC

Bun, hai să descoperim împreună cea mai importantă ecuație din lumea circuitelor electrice simple, legea lui Ohm. Dacă curentul, tensiunea și rezistența sunt personajele principale, Legea lui Ohm este regula de aur a relației dintre ele. Nu e doar o formulă pe care o înveți pe de rost. e un instrument de predicție atât de puternic, încât dacă știi oricare două dintre cele trei mărimi, îl poți calcula pe al treilea fără să clipești. E legătura dintre abstract (tensiunea) și măsurabil (curentul care trece prin bec).

Dar atenție! Nu TOATE componentele ascultă de Legea lui Ohm. Există și rebelii, dar asta o să-i învățăm mai târziu. Acum, să ne concentrăm pe cele care o ascultă: rezistoarele ohmice.

---

1. Ce Spune Legea? – Enunțul Clar și Formula

Intensitatea curentului electric printr-un conductor este direct proporțională cu tensiunea aplicată la capetele lui și invers proporțională cu rezistența electrică a conductorului.

Formula Sacră:

I = U / R

Hai să traducem în română:

• I = Intensitatea curentului electric. Câți „amperi” curg. E ca debitul de apă printr-o țeavă.
• U = Tensiunea electrică la capetele conductorului. Câți „volți” îi imping. E ca presiunea apei la capătul țevii.
• R = Rezistența electrică a conductorului. Câți „ohmi” de opunere are. E ca îngustarea sau rugozitatea interioară a țevii.

Deci, I = U / R se citește:

Curentul care trece este egal cu Tensiunea care împinge, împărțită la Rezistența care trage în sens opus.

Dacă reții formula în triunghiul lui Ohm, nu o mai uiți niciodată:

    U
   / \
  I * R

Acoperi cu degetul mărimea pe care vrei să o calculezi:

• Acoperi U → rămâne I * R → U = I * R
• Acoperi I → rămâne U / R → I = U / R
• Acoperi R → rămâne U / I → R = U / I

2. De unde vine? – Interpretarea Fizică (SUPER IMPORTANTĂ)

De ce funcționează relația asta? Să mergem la nivel microscopic.

• Tensiunea (U) creează un câmp electric în conductor.
• Acest câmp acționează cu o forță asupra electronilor liberi, accelerându-i.
• DAR electronii se ciocnesc neîncetat cu ionii rețelei cristaline a metalului. Aceasta este rezistența (R),transformarea energiei electrice în căldură (efect Joule).
• Echilibrul: Electronii ajung să aibă o viteză medie de drift constantă, proporțională cu câmpul electric, deci cu tensiunea U. Numărul de electroni care trec printr-o secțiune pe secundă (adică I) este deci proporțional cu U și invers proporțional cu frecarea internă (adică R).

Iată analogia PERFECTĂ cu mișcarea unui obiect cu viteză constantă pe un plan orizontal cu frecare:

• Forța ta de tracțiune (F) este ca Tensiunea (U).
• Viteza constantă a obiectului (v) este ca Intensitatea curentului (I).
• Forța de frecare (F_fr) este ca Rezistența (R).
• Pentru viteza constantă: F = F_fr. În electricitate, pentru un curent constant printr-un rezistor, tensiunea este „echilibrată” de căderea de tensiune pe rezistor, dată de U = I*R.

3. Cum se Folosește? – Exemple Practice și Calcule

EXEMPLUL 1: Becul unei lanterne.
O lanternă are un bec cu rezistența R = 5 Ω (când este incandescent). Este alimentat de o baterie de U = 4.5 V. Ce curent trece prin bec?

• Aplicăm direct: I = U / R = 4.5 V / 5 Ω = 0.9 A.
• Interpretare: Bateria, cu presiunea ei de 4.5 V, determină un curent de 0.9 amperi să treacă prin rezistența becului.

EXEMPLUL 2: Măsurarea rezistenței necunoscute.
Ai un rezistor negru cu benzi colorate. Vrei să verifici valoarea lui. Îl conectezi la o sursă, măsori cu un voltmetru că la capetele lui sunt U = 6 V, iar cu un ampermetru măsori I = 0.02 A care trece prin el.

• Aplicăm: R = U / I = 6 V / 0.02 A = 300 Ω.
• Asta este metoda experimentală de a determina o rezistență!

EXEMPLUL 3: Dimensionarea siguranței.
Vrei să alimentezi un dispozitiv cu R = 50 Ω de la priza de 230 V. Ce curent va trage?

• I = 230 V / 50 Ω = 4.6 A. Dacă cablul tău sau siguranța suportă doar 2 A, vei provoca un scurtcircuit sau va sări siguranța, pentru că curentul este prea mare.

4. Caracteristica Volt-Amperică – „Cartea de Identitate” a unui Rezistor

Cea mai bună metodă de a „vedea” Legea lui Ohm este prin graficul caracteristicii volt-amperice. Pe axa Ox pui tensiunea U (în V), iar pe Oy intensitatea I (în A). Pentru un conductor ohmic (care ascultă de Legea lui Ohm), acest grafic este o LINIE DREAPTĂ care trece prin originea axelor.

De ce e atât de important acest grafic?

• Panta dreptei este egală cu I/U, care este inversul rezistenței (1/R). Cu cât dreapta este mai abruptă (panta mai mare), cu atât rezistența este mai mică (curent mare la o tensiune mică).
• Dacă graficul NU este o linie dreaptă, componenta NU este ohmică! Becul incandescent obișnuit e un exemplu clasic: rezistența lui crește odată cu temperatura, deci caracteristica e o curbă.

5. Limitele Legii – Când NU Se Aplică Legea lui Ohm

Atenție! Legea lui Ohm nu este o lege universală a naturii, ca cele ale lui Newton. Ea este valabilă pentru o clasă anume de materiale și în condiții specifice.

Componente OHMICE (care respectă Legea lui Ohm):

• Rezistoare fixe (cele cu benzi colorate).
• Fir metalic la temperatură constantă.
• Unele materiale conductoare în condiții normale.

Componente NEOHMICE (care NU o respectă):

• Dioda semiconductoră: Ea permite trecerea curentului doar într-un singur sens. În sens invers, rezistența ei este aproape infinită. Graficul ei este o curbă complexă.
• Becul incandescent: Filamentul de tungsten își mărește rezistența odată cu încălzirea. La tensiuni mici are o rezistență, la tensiuni mari are altă rezistență.
• Termistorul: Rezistența lui se schimbă dramatic cu temperatura.
• Tranzistorul: Comportament complex.

---

În concluzie:

Legea lui Ohm (I = U / R) este baza, piatra de temelie a analizei circuitelor electrice. Ea transformă electricitatea dintr-un fenomen misterios într-o știință exactă și predictibilă.

Învață să o folosești pentru a:

1. Calcula curentul dintr-un circuit când cunoști tensiunea și rezistența.
2. Dimensiona componente (să alegi o rezistență potrivită pentru un LED, de exemplu).
3. Înțelege conceptul de scurtcircuit (când R → 0, I → ∞ – evident, în practică sursa are limite).
4. Interpreta măsurători cu voltmetru și ampermetru.

Data viitoare când vei aprinde un bec sau vei încărca telefonul, să știi că relația dintre forța care împinge și fluxul care curge este guvernată de o ecuație elegantă descoperită acum aproape 200 de ani.