Ohm törvénye: Mi ez és miért fontos?

Az elektromos áramkörök mindenütt jelen vannak mindennapi életünkben. A cikket olvasó eszközt vezérlő komplex integrált áramköröktől kezdve a vezetékekig, amelyek lehetővé teszik az a kapcsolását villanykörtét a házban be- és kikapcsol, az egész életed gyökeresen más lenne, ha nem lennének körülötted áramkörök, bárhol megy.

De a legtöbb ember nem igazán tanulja meg az áramkörök működését és a meglehetősen egyszerű egyenleteket - például Ohm törvénye - amely megmagyarázza az olyan kulcsfogalmak közötti kapcsolatokat, mint az elektromos ellenállás, a feszültség és az elektromos jelenlegi. Azonban, ha egy kicsit elmélyül az elektronika fizikájában, sokkal mélyebb betekintést nyerhet a legtöbb modern technológiát megalapozó alapszabályokba.

Ohm törvénye az egyik legfontosabb egyenlet az elektromos áramkörök megértésében, de ha meg akarja érteni, akkor jól meg kell ismernie az általa összekapcsolt alapfogalmakat:feszültség​, ​jelenlegiésellenállás. Ohm törvénye egyszerűen az az egyenlet, amely leírja e három mennyiség kapcsolatát a legtöbb vezető számára.

A feszültség a leggyakrabban használt kifejezés a két pont közötti elektromos potenciálkülönbségre, és ez biztosítja a „tolást”, amely lehetővé teszi az elektromos töltés mozgását egy vezető hurok körül.

Az elektromos potenciál a potenciális energia egy formája, például a gravitációs potenciális energia, és ez az egységenkénti elektromos potenciális energia. A feszültség SI mértékegysége a volt (V), és 1 V = 1 J / C, vagy egy joule energia töltési coulombonként. Néha hívják iselektromos erővagy EMF.

Az elektromos áram az elektromos töltés áramlási sebessége az áramkör adott pontján túl, amelynek amper SI-egysége (A) van, ahol 1 A = 1 C / s (másodpercenként egy coulomb töltés). Ez egyenáram (DC) és váltakozó áram (AC) formájában jelenik meg, és bár a DC egyszerűbb, az AC áramkörök világszerte a legtöbb háztartás áramellátására használják, mert könnyebb és biztonságosabb továbbítani hosszú időn keresztül távolságokat.

A végső koncepció, amelyet meg kell értenie, mielőtt Ohm törvényét kezelnénk, az ellenállás, amely az áramkör áramlásával szembeni ellenállás mértéke. Az ellenállás SI mértékegysége az ohm (amely a görög omega, Ω betűt használja), ahol 1 Ω = 1 V / A.

Georg Ohm német fizikus névadó egyenletében leírta a feszültség, áram és ellenállás viszonyát. Az Ohm-törvény képlete:

holVa feszültség vagy potenciálkülönbség,énaz áram és az ellenállás mennyiségeRa végső mennyiség.

Az egyenlet egyszerű módon átrendezhető, így előállítható egy képlet az áram kiszámításához a feszültség és az ellenállás, vagy az áram és a feszültség alapján történő ellenállás alapján. Ha nem hajlandó az egyenletek átrendezése, megkereshet egy Ohm-törvény háromszöget (lásd: Források), de ez mindenki számára egyértelmű, aki ismeri az algebra alapszabályait.

A legfontosabb pontok, amelyeket az Ohm-törvényegyenlet mutat, az, hogy a feszültség egyenesen arányos az elektromos árammal (tehát minél nagyobb a feszültség, annál nagyobb az áram), és ez az áram fordítottan arányos az ellenállással (tehát minél nagyobb az ellenállás, annál alacsonyabb jelenlegi).

Használhatja a vízáramlás analógiáját a legfontosabb pontok megjegyzésére, amely egy csőre épül, amelynek egyik vége a domb tetején, a másik vége pedig az alján található. A feszültség olyan, mint a domb magassága (egy meredekebb, magasabb domb nagyobb feszültséget jelent), az áramlás olyan, mint a víz áramlása (a víz gyorsabban áramlik le egy meredekebb dombon), és az ellenállás mint a cső és a víz oldala közötti súrlódás (egy vékonyabb cső nagyobb súrlódást eredményez és csökkenti a víz áramlási sebességét, mint az elektromos áram nagyobb ellenállása) folyam).

Ohm törvénye létfontosságú az elektromos áramkörök leírása szempontjából, mert a feszültséget az áramhoz kapcsolja, az ellenállás értéke pedig mérsékli a kettő kapcsolatát. Emiatt Ohm törvénye alapján szabályozhatja az áramkör mennyiségét az áramkörben, hozzáadva az ellenállásokat az áramáram csökkentése érdekében, és elvéve azokat az árammennyiség növeléséhez.

Kiterjeszthető az elektromos teljesítmény (a másodpercenkénti energiaáramlás) leírására is, mert a teljesítmény P = IV, és így felhasználhatja annak biztosítására, hogy áramköre elegendő energiát szolgáltasson mondjuk egy 60 wattos készülékhez.

A fizikus hallgatók számára Ohm törvényében az a legfontosabb, hogy lehetővé tegye a kapcsolási rajzok elemzését, különösen akkor, ha kombináljuk Kirchhoff törvényeivel, amelyek ebből következnek.

Kirchhoff feszültségtörvénye kimondja, hogy az áramkör bármely zárt hurok körüli feszültségesés mindig nulla, és a a jelenlegi törvény kimondja, hogy az áramkör csomópontjába vagy csomópontjába áramló áram mennyisége megegyezik a kiáramló mennyiséggel annak. Különösen Ohm törvényét és a feszültségtörvényt használhatja az áramkör bármely alkatrészének feszültségesésének kiszámításához, ami általános probléma az elektronikai osztályokban.

Ohm törvénye alapján bármelyik ismeretlen mennyiségét megtalálhatja a háromból, feltéve, hogy ismeri a szóban forgó elektromos áramkör másik két mennyiségét. Néhány alapvető példa feldolgozása megmutatja, hogyan történik ez.

Először képzelje el, hogy 9 voltos akkumulátor van csatlakoztatva egy áramkörhöz, amelynek teljes ellenállása 18 Ω. Mennyi áram folyik, amikor csatlakoztatja az áramkört? Ohm törvényének átrendezésével (vagy egy háromszög használatával) megtalálhatja:

Tehát 0,5 amper áram áramlik az áramkör körül. Most képzelje el, hogy ez a tökéletes árammennyiség egy olyan alkatrész számára, amelyet táplálni szeretne, de csak 12 V-os akkumulátorral rendelkezik. Mekkora ellenállást kell tennie, hogy az alkatrész optimális áramot kapjon? Ismét átrendezheti Ohm törvényét és megoldhatja azt, hogy megtalálja a választ:

Tehát 24 Ω-os ellenállásra van szükség az áramkör befejezéséhez. Végül mekkora a feszültségesés egy 5-Ω-os ellenálláson egy áramkörben, ahol 2 A áram folyik át? Ezúttal a törvény szabványos V = IR formája jól működik:

Ohm törvényét számos helyzetben használhatja, de érvényességének vannak korlátai - ez nem egy igazán alapvető fizikai törvény. A törvény lineáris kapcsolatot ír le a feszültség és az áram között, de ez a kapcsolat csak akkor érvényes az ellenállásnak vagy az ellenállási áramköri elemnek állandó ellenállása van különböző értékeken feszültségVés aktuálisénértékek.

Azokat az anyagokat, amelyek betartják ezt a szabályt, ohmos ellenállásoknak nevezzük, és bár a legtöbb fizikai probléma óm ellenállásokkal fog járni, a mindennapi életéből sok nem ohmos ellenállást ismer.

Az izzó tökéletes példa a nem ohmos ellenállásra. Amikor grafikont készítVvs.énaz ohmos ellenállások esetében ez teljesen egyenes kapcsolatot mutat, de ha ezt valami izzóhoz hasonlóan teszed meg, akkor a helyzet megváltozik. Amint az izzóban lévő izzószál felmelegszik, az izzó ellenállásanövekszik, ami azt jelenti, hogy a grafikon görbévé válik, nem pedig egyenes, és Ohm törvénye nem érvényes.