Yksi perus- ja tärkeimmistä sähköpiirien laeista on Ohmin laki.
Ohmin laki sanoo, että johtimen yli kulkeva jännite on suoraan verrannollinen sen läpi kulkevaan virtaan. , jos kaikki fyysiset olosuhteet ja lämpötilat pysyvät vakioina. Matemaattisesti tämä virran ja jännitteen suhde kirjoitetaan muodossa V=IR, Ohmin lain yhtälö: V=IR
Yhtälössä suhteellisuusvakiota R kutsutaan resistanssiksi ja sillä on ohmin yksikköä. symboli Ω. Sama kaava voidaan kirjoittaa uudelleen virran ja resistanssin laskemiseksi seuraavasti:
I = V/R , R – V/I
Ohmin laki pätee vain, jos annettu lämpötila ja muut fyysiset tekijät pysyvät muuttumattomina. Tietyissä komponenteissa virran lisääminen nostaa lämpötilaa. Esimerkki tästä on hehkulampun hehkulanka, jossa lämpötila nousee virran kasvaessa. Tässä tapauksessa Ohmin lakia ei voida soveltaa. Hehkulampun hehkulanka rikkoo Ohmin lakia.
Ohmin lain lausunto: Ohmin lain mukaan johtimen yli kulkeva jännite on suoraan verrannollinen sen läpi kulkevaan virtaan edellyttäen, että kaikki fyysiset olosuhteet ja lämpötila ovat , pysyvät vakiona.
Ohmin lain yhtälö: V = IR, jossa V on johtimen yli kulkeva jännite, I on johtimen läpi kulkeva virta ja R on johtimen antama resistanssi virran virtaus.
Vesiputken analogia Ohmin laille
Ohmin laki kuvaa virran kulkua vastuksen läpi, kun eri sähköpotentiaalit (jännite) syötetään molemmissa päissä vastus. Koska emme näe elektroneja, vesiputki-analogia auttaa meitä ymmärtämään sähköpiirejä paremmin. Putkien läpi virtaava vesi on hyvä mekaaninen järjestelmä, joka on analoginen sähköpiirin kanssa. Tässä jännite on analoginen vedenpaineen kanssa, virta on putken läpi virtaavan veden määrä ja vastus on putken koko. Enemmän vettä virtaa putken läpi (virta), kun käytetään enemmän painetta (jännite) ja mitä suurempi putki (pienempi vastus).
Ohmin lain kokeellinen tarkastus
> Ohmin laki voidaan tarkistaa helposti seuraavalla kokeella:
Tarvittavat laitteet:
- Vastus
- Ampeerimittari
- Voltimittari
- Akku
- Pistokeavain
- Reostaatti
li>
Toimenpide:>
- Aluksi avain K suljetaan ja reostaattia säädetään niin, että saadaan pienin lukema ampeerimittarissa A ja volttimittarissa V.
- Piirin virtaa lisätään vähitellen liikuttamalla reostaatin liukunapaa. Prosessin aikana tallennetaan piirissä kulkeva virta ja vastaava potentiaalieron arvo vastusjohdon R yli.
- Näin saadaan erilaisia jännitteen ja virran arvojoukkoja.
- Jokaiselle V:n ja I:n arvojoukolle lasketaan V/I-suhde.
- Kun lasket suhteen V/I kullekin tapaukselle, huomaat, että se on melkein sama. Joten V/I = R, joka on vakio.
- Piirrä virran kuvaaja potentiaalieron funktiona, se on suora. Tämä osoittaa, että virta on verrannollinen potentiaalieroon.
Samanlainen lukema:
- Kirchhoffin laki
- Faradayn lait
- Termodynamiikan lait
Ohmin lain maaginen kolmio
Voit käyttää Ohmin lain maagista kolmiota muistaaksesi Ohmin lain eri yhtälöt, joita käytetään ratkaisemaan eri muuttujia (V, I, R).
Jos kysytään jännitteen arvo ja annetaan virran ja vastuksen arvot, laske jännite yksinkertaisesti kansi V yläreunassa. Jäljelle jää siis I ja R tai I × R. Jännitteen yhtälö on siis virta kerrottuna resistanssilla. Alla on esimerkkejä siitä, kuinka maagista kolmiota käytetään jännitteen määrittämiseen Ohmin lain avulla.
Ohmin lain ratkaistut ongelmat
Esimerkki 1: Jos sähköraudan vastus on 50 Ω ja vastuksen läpi kulkee 3,2 A virta. Etsi kahden pisteen välinen jännite.
Ratkaisu:
Jos meitä pyydetään laskemaan jännitteen arvo virran ja vastuksen arvolla, peitä V kolmiossa . Nyt jää jäljelle I ja R tai tarkemmin sanottuna I × R.
Siksi lasketaan V:n arvo seuraavalla kaavalla:
V = I × R
Korvaamalla yhtälön arvot, saadaan
V = 3,2 A × 50 Ω = 160 V
V = 160 V
Esimerkki 2: 8,0 V:n EMF-lähde on kytketty puhtaasti resistiiviseen sähkölaitteeseen (lamppu). Sen läpi kulkee 2,0 A sähkövirta. Pidä johtavat johdot vastusvapaina. Laske sähkölaitteen tarjoama vastus.
Ratkaisu:
Kun meitä pyydetään määrittämään resistanssin arvo, kun jännitteen ja virran arvot on annettu, käsittelemme R kolmiossa. Jäljelle jää vain V ja I, tarkemmin V ÷ I.
Korvaamalla yhtälön arvot, saadaan
R = V ÷ I
R = 8 V ÷ 2 A = 4 Ω
R = 4 Ω
Sähkötehon laskeminen Ohmin lain avulla
Nopeus, jolla energia muuttuu liikkuvien varausten sähköenergiasta joksikin muuksi energiaksi, kuten mekaaniseksi energiaksi, lämpöenergiaksi, magneettikenttään varastoituun energiaan tai sähköenergiaksi kentät tunnetaan sähkövoimana. Tehon yksikkö on watti. Sähköteho voidaan laskea Ohmin lain avulla ja korvaamalla jännitteen, virran ja resistanssin arvot.
Tehon selvityskaava
Kun jännitteen ja virran arvot ovat annettu, P=VI
Kun jännitteen ja resistanssin arvot on annettu, P=V2/R
Kun virran ja vastuksen arvot on annettu, P=I2R
Mitä on tehokolmio?
Tehokolmiota voidaan käyttää sähkötehon, jännitteen ja virran arvon määrittämiseen, kun meille annetaan kahden muun parametrin arvot. Tehokolmiossa teho (P) on ylhäällä ja virta (I) ja jännite (V) alhaalla.
Kun virran ja jännitteen arvot on annettu, löytyvät kaava teho on, P=VI
Kun tehon ja jännitteen arvot on annettu, kaava virran löytämiseksi on, I=P/V
Kun tehon ja virran arvot on annettu, kaava jännitteen löytämiseksi on , V=P/I
Ohmin lain ympyräkaavio
Ymmärtääksemme paremmin eri parametrien välistä suhdetta, voimme ottaa kaikki yhtälöt, joita käytetään jännitteen, virran, vastus ja teho, ja tiivistää ne yksinkertaiseksi Ohmin lain ympyräkaavioksi alla olevan kuvan mukaisesti.
Ohmin lain matriisitaulukko
Kuten yllä näkyvä Ohmin lain ympyräkaavio, voimme tiivistää yksittäiset Ohmin lain yhtälöt yksinkertaiseen matriisitaulukkoon alla esitetyllä tavalla, jotta niitä on helppo käyttää laskettaessa tuntematonta arvoa.
Ohmin lain sovellukset
Ohmin lain pääsovellukset ovat:
- To de päättämään sähköpiirin jännitteen, resistanssin tai virran.
- Ohmin laki ylläpitää halutun jännitehäviön elektronisten komponenttien välillä.
- Ohmin lakia käytetään myös DC-ampeerimittarissa ja muissa tasavirtashunteissa ohjaamaan virtaa.
Ohmin lain rajoitukset
Ohmin lain rajoitukset ovat seuraavat:
- Ohmin laki ei sovellu yksipuolisille sähköelementeille, kuten diodeille ja transistoreille, koska ne mahdollistavat virran kulkemisen vain yhteen suuntaan.
- Epälineaarisille sähköelementeille, joiden parametrit, kuten kapasitanssi, vastus jne., voitetun jännitteen ja virran suhde Älä ole vakio ajan suhteen, mikä vaikeuttaa Ohmin lain käyttöä.
Usein kysytyt kysymykset – UKK
Mitä Ohmin laki sanoo ?
Ohmin laki sanoo, että kahden pisteen välisen johtimen läpi kulkeva virta on suoraan verrannollinen kahden pisteen väliseen jännitteeseen.
Mitä Ohm voi? s lakia käytetään?
Ohmin lakia käytetään vahvistamaan piirikomponenttien staattiset arvot, kuten virtatasot, jännitelähteet ja jännitehäviöt.
Onko Ohmin laki Universaali?
Ei. Ohmin laki ei ole universaali laki. Tämä johtuu siitä, että Ohmin lakia sovelletaan vain ohmiin johtimiin, kuten rautaan ja kupariin, mutta ei ei-ohmiin johtimiin, kuten puolijohteisiin.
Miksi Ohmin lakia ei voida soveltaa puolijohteisiin? Ohmin laki ei päde puolijohtaviin laitteisiin, koska ne ovat epälineaarisia laitteita. Tämä tarkoittaa, että jännitteen ja virran suhde ei pysy vakiona jännitteen vaihteluille.
Milloin Ohmin laki epäonnistuu?
Ohmin laki ei selitä puolijohteet ja yksipuoliset laitteet, kuten diodit. Ohmin laki ei välttämättä anna toivottuja tuloksia, jos fysikaalisia olosuhteita, kuten lämpötilaa tai painetta, ei pidetä vakiona.