Osnovni zakoni električnih kola fokusiraju se na osnovne parametre kola napona, struje, snage i otpora. Ovi zakoni definiraju kako je svaki parametar kola međusobno povezan. Ove zakone su otkrili Georg Ohm i Gustav Kirchhoff, a poznati su kao Ohmov zakon i Kirchhoffovi zakoni.
Ohmov zakon
Ohmov zakon je odnos između napona, struje i otpora u kolu. To je najčešća (i najjednostavnija) formula koja se koristi u elektronici. Ohmov zakon se može napisati na nekoliko načina, od kojih se svi uobičajeno koriste.
- Struja koja teče kroz otpor jednaka je naponu na otporu podijeljenom sa otporom (I=V/R).
- Napon je jednak struji koja teče kroz otpornik pomnožena sa njegovim otporom (V=IR).
- Otpor je jednak naponu na otporniku podijeljenom sa strujom koja teče kroz njega (R=V/I).
Ohmov zakon je također koristan u određivanju količine energije koju kolo koristi jer je potrošnja energije kola jednaka struji koja teče kroz njega, pomnožena sa naponom (P=IV). Ohmov zakon određuje potrošnju snage kola sve dok su dvije varijable iz Ohmovog zakona poznate za kolo.
Jedna osnovna primjena Ohmovog zakona i odnosa snaga je da se odredi koliko se snage rasipa kao toplina u komponenti. Ove informacije vam pomažu da odaberete komponentu prave veličine sa odgovarajućom ocjenom snage za datu primjenu.
Na primjer, kada odaberete otpornik za površinsku montažu od 50 oma koji će vidjeti 5 volti tokom normalnog rada, on mora raspršiti pola vata kada nastane 5 volti. Formula, s progresivnim zamjenama, glasi:
P=I×V → P=(V÷R)×V → P=(5 volti)² ÷ 50 ohma → 0,5 vata
Stoga će vam trebati otpornik sa većom snagom od 0,5 vati. Poznavanje potrošnje energije komponenti u sistemu omogućava vam da znate da li će možda biti potrebni dodatni problemi sa toplotom ili hlađenjem. Takođe diktira veličinu napajanja za sistem.
Kirchhoff's Circuit Laws
Kirchhoffovi zakoni povezuju Ohmov zakon u kompletan sistem. Kirchhoffov trenutni zakon slijedi princip očuvanja energije. On kaže da je ukupan zbir svih struja koje teče u čvor (ili tačku) u kolu jednak zbiru struje koja teče iz čvora.
Jednostavan primjer Kirchhoffovog trenutnog zakona je napajanje i otporno kolo s nekoliko otpornika paralelno. Jedan od čvorova kola je mjesto gdje se svi otpornici spajaju na napajanje. U ovom čvoru, napajanje generiše struju u čvor i struja se dijeli između otpornika i teče iz tog čvora u otpornike.
Kirchhoffov zakon o naponu također slijedi princip očuvanja energije. On kaže da zbir svih napona u kompletnoj petlji kola mora biti jednak nuli.
Proširujući prethodni primjer napajanja sa nekoliko otpornika paralelno između napajanja i uzemljenja, svaka pojedinačna petlja napajanja, otpornik i uzemljenje vide isti napon na otporniku jer postoji samo jedan otporni element. Ako petlja ima skup otpornika u seriji, napon na svakom otporniku se dijeli prema odnosu Ohmovog zakona.
