전기 회로는 일상 생활에서 어디에나 존재합니다. 이 기사를 읽고있는 장치를 제어하는 복잡한 집적 회로에서 스위치를 전환 할 수있는 배선에 이르기까지 집안의 전구를 켜고 끌 때 모든 곳에서 회로에 둘러싸여 있지 않으면 인생 전체가 근본적으로 다를 것입니다. 가다.
하지만 대부분의 사람들은 회로가 작동하는 방식과 매우 간단한 방정식에 대해 실제로 배우지 못합니다. 옴의 법칙 – 전기 저항, 전압 및 전기와 같은 주요 개념 간의 관계를 설명합니다. 흐름. 그러나 전자 물리학에 대해 조금 더 깊이 파고 들면 대부분의 현대 기술을 뒷받침하는 핵심 규칙에 대해 훨씬 더 깊은 통찰력을 얻을 수 있습니다.
옴의 법칙이란 무엇입니까?
옴의 법칙은 전기 회로를 이해하는 데있어 가장 중요한 방정식 중 하나입니다. 그러나이를 이해하려면 연결되는 기본 개념을 잘 이해해야합니다.전압, 흐름과저항. 옴의 법칙은 대부분의 도체에서이 세 가지 양 사이의 관계를 설명하는 방정식입니다.
전압은 두 지점 사이의 전위차에 대해 가장 일반적으로 사용되는 용어이며 전하가 전도 루프 주위를 이동할 수 있도록하는 "푸시"를 제공합니다.
전위는 중력 위치 에너지와 같은 위치 에너지의 한 형태이며 단위 전 하당 전위 에너지로 정의됩니다. 전압의 SI 단위는 볼트 (V)이고 1V = 1J / C 또는 전하 쿨롱 당 에너지 1 줄입니다. 때로는기전력또는 EMF.
전류는 암페어 (A)의 SI 단위를 갖는 회로의 특정 지점을 지나는 전하의 흐름 속도입니다. 여기서 1A = 1C / s (초당 1 쿨롱의 전하)입니다. 직류 (DC)와 교류 (AC)의 형태로 제공되며 DC가 더 간단하지만 AC 회로는 장시간 전송하는 것이 더 쉽고 안전하기 때문에 전 세계 대부분의 가정에 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 거리.
옴의 법칙을 다루기 전에 이해해야 할 마지막 개념은 회로의 전류 흐름에 대한 반대의 척도 인 저항입니다. 저항의 SI 단위는 옴 (그리스 문자 오메가, Ω 사용)이며, 여기서 1 Ω = 1 V / A입니다.
옴의 법칙 방정식
독일의 물리학 자 게오르그 옴 (Georg Ohm)은 그의 시조 방정식에서 전압, 전류 및 저항 사이의 관계를 설명했습니다. 옴의 법칙 공식은 다음과 같습니다.
V = IR
어디V전압 또는 전위차,나는전류와 저항의 양아르 자형최종 수량입니다.
방정식은 전압과 저항을 기반으로 전류를 계산하거나 전류와 전압을 기반으로 저항을 계산하는 공식을 생성하는 간단한 방법으로 재 배열 할 수 있습니다. 방정식을 재배 열하는 것이 편하지 않다면 옴의 법칙 삼각형 (참고 자료 참조)을 찾아 볼 수 있지만 대수의 기본 규칙에 익숙한 사람이라면 누구나 매우 간단합니다.
옴의 법칙이 보여주는 요점은 전압이 전류에 정비례한다는 것입니다. 전압이 높을수록 전류가 높고) 전류는 저항에 반비례하므로 저항이 높을수록 흐름).
물 흐름 비유를 사용하여 언덕 꼭대기에 한쪽 끝이 있고 아래쪽에 한쪽 끝이있는 파이프를 기반으로하는 핵심 포인트를 기억할 수 있습니다. 전압은 언덕의 높이와 같고 (더 가파르고 높은 언덕은 더 많은 전압을 의미 함) 전류 흐름은 물의 흐름과 같으며 (물은 더 가파른 언덕을 따라 더 빨리 흐릅니다) 저항은 다음과 같습니다. 파이프의 측면과 물 사이의 마찰처럼 (더 얇은 파이프는 더 많은 마찰을 생성하고 전류의 저항이 높을수록 물 흐름의 속도를 감소시킵니다. 흐름).
옴의 법칙이 중요한 이유는 무엇입니까?
옴의 법칙은 전압을 전류에 연결하고 저항 값이 둘 사이의 관계를 조절하기 때문에 전기 회로를 설명하는 데 매우 중요합니다. 이 때문에 옴의 법칙을 사용하여 회로의 전류량을 제어하고 저항을 추가하여 전류 흐름을 줄이고이를 제거하여 전류량을 늘릴 수 있습니다.
전력 (초당 에너지 흐름 속도)을 설명하기 위해 확장 할 수도 있습니다. P = IV이므로 회로가 예를 들어 60 와트 기기에 충분한 에너지를 제공하는지 확인하는 데 사용할 수 있습니다.
물리학 학생에게 옴의 법칙에서 가장 중요한 점은 회로도를 분석 할 수 있다는 것입니다. 특히이 법칙을 따르는 Kirchhoff의 법칙과 결합 할 때 회로도를 분석 할 수 있습니다.
Kirchhoff의 전압 법칙에 따르면 회로의 폐쇄 루프 주변의 전압 강하는 항상 0과 같으며 현재 법칙에 따르면 회로의 접합부 또는 노드로 흐르는 전류의 양은 유출되는 양과 같습니다. 그것의. 특히 전압 법칙과 함께 옴의 법칙을 사용하여 회로의 모든 구성 요소에서 전압 강하를 계산할 수 있습니다. 이는 전자 클래스에서 발생하는 일반적인 문제입니다.
옴의 법칙 예
옴의 법칙을 사용하여 해당 전기 회로의 다른 두 수량을 알고있는 경우 세 가지 중 알 수없는 수량을 찾을 수 있습니다. 몇 가지 기본 예제를 통해 작업이 수행되는 방법을 보여줍니다.
먼저 총 저항이 18Ω 인 회로에 9 볼트 배터리를 연결했다고 상상해보십시오. 회로를 연결할 때 얼마나 많은 전류가 흐르나요? 옴의 법칙을 재정렬 (또는 삼각형 사용)하면 다음을 찾을 수 있습니다.
\ begin {aligned} I & = \ frac {V} {R} \\ & = \ frac {9 \ text {V}} {18 \ text {Ω}} \\ & = 0.5 \ text {A} \ end {정렬 됨}
따라서 0.5A의 전류가 회로 주변에 흐릅니다. 이제 이것이 전력을 공급하려는 구성 요소에 대한 완벽한 전류량이지만 12V 배터리 만 있다고 상상해보십시오. 부품이 최적의 전류량을 얻도록하려면 얼마나 많은 저항을 추가해야합니까? 다시 말하지만, 옴의 법칙을 재정렬하고 해결하여 답을 찾을 수 있습니다.
\ begin {aligned} R & = \ frac {V} {I} \\ & = \ frac {12 \ text {V}} {0.5 \ text {A}} \\ & = 24 \ text {Ω} \ end {정렬 됨}
따라서 회로를 완성하려면 24Ω 저항이 필요합니다. 마지막으로, 2A의 전류가 흐르는 회로에서 5Ω 저항기의 전압 강하는 얼마입니까? 이번에는 법칙의 표준 V = IR 형식이 잘 작동합니다.
\ begin {aligned} V & = IR \\ & = 2 \ text {A} × 5 \ text {Ω} \\ & = 10 \ text {V} \ end {aligned}
저항 및 비저항 저항
엄청나게 다양한 상황에서 옴의 법칙을 사용할 수 있지만 그 유효성에는 한계가 있습니다. 진정한 물리 법칙은 아닙니다. 법칙은 전압과 전류 사이의 선형 관계를 설명하지만이 관계는 작업중인 저항 또는 저항성 회로 요소는 서로 다른 전압V및 현재나는가치.
이 규칙을 준수하는 재료를 옴 저항이라고하며, 대부분의 물리 문제는 옴 저항과 관련이 있지만 일상 생활에서 사용하는 많은 비저항 저항에 익숙 할 것입니다.
전구는 비저항 저항의 완벽한 예입니다. 그래프를 만들 때V대나는옴 저항기의 경우 완전히 직선적 인 관계를 나타내지 만 전구와 같은 것에 대해 이렇게하면 상황이 바뀝니다. 전구의 필라멘트가 가열됨에 따라 전구의 저항이증가즉, 그래프가 직선이 아닌 곡선이되고 옴의 법칙이 적용되지 않습니다.