オームの法則：それは何であり、なぜそれが重要なのですか？

電気回路は私たちの日常生活の至る所にあります。 この記事を読んでいるデバイスを制御する複雑な集積回路から、スイッチを切り替えることができる配線まで 家の電球のオンとオフを切り替えると、どこでも回路に囲まれていなければ、人生全体が根本的に異なります。 行く。

しかし、ほとんどの人は、回路がどのように機能するか、そしてかなり単純な方程式の本質を実際には学びません。 オームの法則–電気抵抗、電圧、電気などの重要な概念間の関係を説明します 電流。 ただし、エレクトロニクスの物理学をもう少し深く掘り下げることで、最新のテクノロジーを支えるコアルールについてより深く洞察することができます。

オームの法則は、電気回路を理解する上で最も重要な方程式の1つですが、それを理解する場合は、それがリンクする基本的な概念を十分に理解する必要があります。電圧​, ​電流そして抵抗. オームの法則は、ほとんどの導体のこれら3つの量の関係を表す方程式にすぎません。

電圧は、2点間の電位差を表す最も一般的に使用される用語であり、電荷が導電性ループの周りを移動できるようにする「プッシュ」を提供します。

電位は、重力ポテンシャルエネルギーのようなポテンシャルエネルギーの一種であり、単位電荷あたりの電位エネルギーとして定義されます。 電圧のSI単位は、ボルト（V）であり、1 V = 1 J / C、つまり電荷1クーロンあたり1ジュールのエネルギーです。 時々呼ばれることもあります起電力またはEMF。

電流は、回路内の特定のポイントを通過する電荷の流量であり、アンペア（A）のSI単位を持ちます。ここで、1 A = 1 C / s（1秒あたり1クーロンの電荷）です。 それは直流（DC）と交流（AC）の形で提供され、DCはより単純ですが、AC回路は 長期間にわたって送信する方が簡単で安全であるため、世界中のほとんどの家庭に電力を供給していた 距離。

オームの法則に取り組む前に理解する必要がある最後の概念は抵抗です。これは、回路内の電流の流れに対する反対の尺度です。 抵抗のSI単位はオーム（ギリシャ文字のオメガΩを使用）です。ここで、1Ω= 1V / Aです。

ドイツの物理学者ゲオルクオームは、彼の名を冠した方程式で、電圧、電流、抵抗の関係を説明しました。 オームの法則の公式は次のとおりです。

どこVは電圧または電位差であり、私電流と抵抗の量ですR最終的な数量です。

方程式を簡単な方法で再配置して、電圧と抵抗に基づいて電流を計算する式、または電流と電圧に基づいて抵抗を計算する式を作成できます。 方程式の再配置に慣れていない場合は、オームの法則の三角形を調べることができます（「参考文献」を参照）が、代数の基本的な規則に精通している人にとっては非常に簡単です。

オームの法則の式が示す重要な点は、電圧が電流に正比例することです（したがって、 電圧、電流が高いほど）、その電流は抵抗に反比例します（したがって、抵抗が高いほど、 電流）。

水の流れの例えを使用して、要点を思い出すことができます。これは、一方の端が丘の上部にあり、もう一方の端が下部にあるパイプに基づいています。 電圧は丘の高さのようなものであり（急な、高い丘はより高い電圧を意味します）、電流の流れは水の流れのようなものであり（水は急な丘をより速く流れます）、抵抗は パイプの側面と水との間の摩擦のように（パイプが細いほど摩擦が大きくなり、水の流れの速度が低下します。これは、電流に対する抵抗が高い場合と同じです。 フロー）。

オームの法則は、電圧を電流に関連付け、抵抗値が2つの関係を緩和するため、電気回路を説明する上で非常に重要です。 このため、オームの法則を使用して回路内の電流量を制御し、抵抗を追加して電流の流れを減らし、抵抗を取り除いて電流量を増やすことができます。

電力（1秒あたりのエネルギー流量）を表すように拡張することもできます。 P = IVであるため、これを使用して、回路がたとえば60ワットのアプライアンスに十分なエネルギーを提供できるようにすることができます。

物理学の学生にとって、オームの法則で最も重要なことは、回路図を分析できることです。特に、それに続くキルヒホッフの法則と組み合わせると、回路図を分析できます。

キルヒホッフの電圧法則は、回路内の閉ループの周りの電圧降下は常にゼロに等しく、 現在の法則では、回路の接合部またはノードに流入する電流の量は、流出する量に等しいとされています。 それの。 オームの法則と特に電圧の法則を使用して、回路の任意のコンポーネントでの電圧降下を計算できます。これは、電子機器のクラスで発生する一般的な問題です。

問題の電気回路の他の2つの量がわかっている場合は、オームの法則を使用して、3つの未知の量を見つけることができます。 いくつかの基本的な例を実行すると、これがどのように行われるかがわかります。

まず、合計抵抗が18Ωの回路に9ボルトのバッテリーが接続されていると想像してください。 回路を接続するとどのくらいの電流が流れますか？ オームの法則を再配置する（または三角形を使用する）ことにより、次のことがわかります。

したがって、0.5アンペアの電流が回路の周りを流れます。 ここで、これが電力を供給したいコンポーネントに最適な電流量であると想像してください。ただし、バッテリーは12Vしかありません。 コンポーネントが最適な量の電流を確実に得るために、どのくらいの抵抗を追加する必要がありますか？ 繰り返しますが、オームの法則を再配置し、それを解いて答えを見つけることができます。

したがって、回路を完成させるには24Ωの抵抗が必要です。 最後に、2 Aの電流が流れる回路の5Ω抵抗の両端の電圧降下はどのくらいですか？ 今回は、標準のV = IR形式の法則が問題なく機能します。

オームの法則はさまざまな状況で使用できますが、その有効性には限界があります。これは、真に基本的な物理法則ではありません。 法則は、電圧と電流の間の線形関係を説明していますが、この関係は次の場合にのみ成り立ちます。 使用している抵抗器または抵抗回路要素は、さまざまな条件下で一定の抵抗を持っています 電圧Vそして現在私値。

この規則に従う材料はオーム抵抗器と呼ばれ、ほとんどの物理的問題にはオーム抵抗器が関係しますが、日常生活から多くの非オーム抵抗器に精通しているはずです。

電球は、非オーミック抵抗器の完璧な例です。 のグラフを作成するときV対。私オーミック抵抗器の場合、それは完全に直線的な関係を示しますが、電球のようなものに対してこれを行うと、状況が変わります。 電球のフィラメントが熱くなると、電球の抵抗増加します、つまり、グラフは直線ではなく曲線になり、オームの法則は適用されません。