Ohm

Rozbalit box

Obsah boxu

Ohm (symbol: Ω, řecké písmeno omega) je hlavní jednotka elektrického odporu v soustavě SI. Je pojmenována po německém fyzikovi Georgu Simonu Ohmovi, který objevil a formuloval Ohmův zákon. Jednotka byla oficiálně přijata na Mezinárodním elektrickém kongresu v Paříži v roce 1881.

Kromě elektrického odporu (rezistance) se v ohmech vyjadřuje také impedance a reaktance v obvodech se střídavým proudem. Reciproční hodnota odporu, elektrická vodivost, se měří v jednotkách siemens (S).

📜 Historie a původ názvu

Před zavedením standardizované soustavy jednotek existovalo mnoho různých jednotek pro elektrický odpor. V polovině 19. století se s rozvojem telegrafie stala potřeba sjednocení naléhavou.

V roce 1861 Britská asociace pro pokrok vědy (British Association for the Advancement of Science) ustavila komisi, jejímž cílem bylo definovat praktické jednotky pro elektrické veličiny. Tato komise, v níž působili významní fyzikové jako James Clerk Maxwell a William Thomson, navrhla systém založený na metru, gramu a sekundě. Jako jednotku odporu navrhli "ohmad" nebo "B.A. unit" (British Association unit), který byl definován pomocí složitého experimentálního uspořádání.

Jméno "ohm" na počest Georga Simona Ohma bylo definitivně přijato na prvním Mezinárodním elektrickém kongresu v Paříži roku 1881. Původní definice byla založena na odporu rtuťového sloupce o specifických rozměrech. Tato definice byla později nahrazena přesnějšími a reprodukovatelnějšími metodami.

🏛️ Vývoj definice

Mezinárodní ohm (před 1948): Byl definován jako odpor sloupce rtuťi o délce 106,3 cm, konstantním průřezu a hmotnosti 14,4521 g při teplotě 0 °C. Tato definice byla obtížně reprodukovatelná s vysokou přesností.
Absolutní ohm (po 1948): Po druhé světové válce byl mezinárodní ohm nahrazen "absolutním" ohmem, který byl definován pomocí základních jednotek metr, kilogram a sekunda. 1 mezinárodní ohm se rovnal přibližně 1,00049 absolutního ohmu.
Definice od roku 2019: V rámci redefinice základních jednotek SI v roce 2019 je ohm, stejně jako ostatní elektrické jednotky, odvozen od fixních hodnot základních fyzikálních konstant, především elementárního náboje (e) a Planckovy konstanty (h). Tím je zajištěna jeho dlouhodobá stabilita a univerzálnost.

⚙️ Definice a realizace

Jeden ohm je definován jako elektrický odpor mezi dvěma body vodiče, na kterém stálé elektrické napětí jednoho voltu vyvolá elektrický proud o velikosti jednoho ampéru.

Matematicky vyjádřeno pomocí Ohmova zákona:

R = \frac{U}{I}

Kde:

R je odpor v ohmech (Ω)
U je napětí ve voltech (V)
I je proud v ampérech (A)

Z toho plyne:

1 Ω = 1 \frac{V}{A}

V základních jednotkách SI je ohm vyjádřen jako:

Ω = \frac{k g \cdot m^{2}}{s^{3} \cdot A^{2}}

Moderní a nejpřesnější realizace ohmu je založena na kvantovém Hallově jevu, kde je odpor kvantován v násobcích tzv. von Klitzingovy konstanty (R_K), která má hodnotu přibližně 25 812,807 Ω. Tento jev umožňuje vytvořit extrémně přesné a stabilní etalony odporu.

💡 Vztah k ostatním jednotkám

Ohm je úzce propojen s dalšími elektrickými jednotkami:

Volt (V): Jednotka elektrického napětí.
Ampér (A): Jednotka elektrického proudu.
Watt (W): Jednotka elektrického výkonu. Výkon na rezistoru lze vypočítat jako $P = U \cdot I = I^{2} \cdot R = \frac{U^{2}}{R}$ . Z toho plyne, že $1 Ω = 1 \frac{W}{A^{2}}$ nebo $1 Ω = 1 \frac{V^{2}}{W}$ .
Siemens (S): Jednotka elektrické vodivosti (G). Vodivost je převrácená hodnota odporu: $G = \frac{1}{R}$ . Tedy $1 S = 1 Ω^{- 1}$ .
Farad (F): Jednotka kapacity. V obvodech střídavého proudu souvisí s reaktancí kondenzátoru.
Henry (H): Jednotka indukčnosti. V obvodech střídavého proudu souvisí s reaktancí cívky.
Coulomb (C): Jednotka elektrického náboje.
Joule (J): Jednotka energie. Energie přeměněná v teplo na rezistoru za čas t je $E = P \cdot t = R \cdot I^{2} \cdot t$ .

🔌 Praktické použití a řády velikosti

Hodnoty odporu v praxi se pohybují v obrovském rozsahu, od mikroohmů po gigaohmy.

Mikroohmy (μΩ) a milióhmy (mΩ): Odpor kvalitních vodičů, kontaktů, spínačů nebo bočníků pro měření velkých proudů. Například metr měděného drátu o průřezu 1 mm² má odpor přibližně 17 mΩ.
Ohmy (Ω): Běžné hodnoty pro topná tělesa, žárovky nebo reproduktory (typicky 4 Ω nebo 8 Ω).
Kiloóhmy (kΩ): Nejčastější hodnoty rezistorů v běžné elektronice (např. v rádiích, televizorech, počítačích).
Megaóhmy (MΩ): Používají se pro vysoké odpory v citlivých obvodech nebo pro měření izolačního stavu. Lidské tělo (suchá kůže) může mít odpor v řádu stovek kΩ až jednotek MΩ.
Gigaóhmy (GΩ) a teraóhmy (TΩ): Odpor velmi kvalitních izolantů, jako je sklo, teflon nebo suchý vzduch.

Pro snadné značení hodnot rezistorů se používá barevný kód.

👨‍🔬 Georg Simon Ohm

Soubor:Georg Simon Ohm 2.jpg

Georg Simon Ohm (1789–1854)

Georg Simon Ohm (1789–1854) byl německý fyzik a matematik. V roce 1827, když působil jako učitel na jezuitské koleji v Kolíně nad Rýnem, publikoval svou slavnou knihu Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet (Galvanický obvod, matematicky zpracovaný). V ní formuloval svůj zákon, který popisuje vztah mezi napětím, proudem a odporem.

Jeho práce se zpočátku setkala s nedůvěrou a odmítnutím ze strany tehdejší německé vědecké komunity. Ohm byl dokonce donucen opustit své učitelské místo. Uznání se mu dostalo až později, zejména v zahraničí. V roce 1841 mu Královská společnost v Londýně udělila prestižní Copleyovu medaili. Jeho přínos pro vědu byl nakonec plně doceněn a jeho jméno bylo zvěčněno v názvu základní elektrické jednotky.

🔬 Pro laiky: Co je to elektrický odpor?

Elektrický odpor si lze snadno představit pomocí analogie s vodou v potrubí.

Elektrické napětí (ve voltech) je jako tlak vody v potrubí. Čím vyšší tlak, tím více vody může protékat.
Elektrický proud (v ampérech) je jako průtok vody – množství vody, které proteče za sekundu.
Elektrický odpor (v ohmech) je jako zúžení nebo překážka v potrubí.

Pokud je potrubí široké a bez překážek (nízký odpor), i malý tlak (napětí) způsobí velký průtok vody (proud). Pokud je ale potrubí úzké nebo ucpané (vysoký odpor), je potřeba velký tlak (napětí), aby protlačil jen malé množství vody (malý proud).

Ohm tedy udává, jak moc daný materiál nebo součástka "brání" průtoku elektrického proudu. Vodiče (např. měď) mají velmi nízký odpor, zatímco izolanty (např. guma) mají odpor extrémně vysoký.

🔣 Značení a násobky

Symbol pro ohm je velké řecké písmeno omega (Ω). Vzhledem k technickým omezením v minulosti (např. na psacích strojích nebo v raných počítačových systémech) se někdy používaly náhradní zápisy, jako slovo "Ohm" nebo písmeno "R" (např. 4R7 znamená 4,7 Ω).

Nejčastěji používané předpony SI pro ohm jsou:

mΩ – milióhm (10⁻³ Ω)
kΩ – kiloóhm (10³ Ω)
MΩ – megaóhm (10⁶ Ω)
GΩ – gigaóhm (10⁹ Ω)

Šablona:Aktualizováno