Ohm Yasası: Nedir ve Neden Önemlidir?

Elektrik devreleri günlük hayatımızda her yerde bulunur. Bu makaleyi okuduğunuz cihazı kontrol eden karmaşık entegre devrelerden, bir Evinizdeki ampulü açıp kapatsanız, etrafınız her yerde devrelerle çevrili olmasaydı, tüm hayatınız kökten farklı olurdu. Git.

Ancak çoğu insan, devrelerin nasıl çalıştığını ve oldukça basit denklemleri gerçekten öğrenmiyor. Ohm yasası – elektrik direnci, voltaj ve elektrik gibi temel kavramlar arasındaki ilişkileri açıklar akım. Bununla birlikte, elektronik fiziğine biraz daha derine inmek, size çoğu modern teknolojinin temelini oluşturan temel kurallar hakkında çok daha derin bir fikir verebilir.

Ohm kanunu, konu elektrik devrelerini anlamak olduğunda en önemli denklemlerden biridir, ancak onu anlayacaksanız, bağladığı temel kavramları iyi bir şekilde kavramanız gerekir:Voltaj​, ​mevcutvedirenç. Ohm kanunu, çoğu iletken için bu üç miktar arasındaki ilişkiyi tanımlayan basit bir denklemdir.

Voltaj, iki nokta arasındaki elektrik potansiyeli farkı için en yaygın kullanılan terimdir ve elektrik yükünün iletken bir döngü etrafında hareket etmesine izin veren "itmeyi" sağlar.

Elektrik potansiyeli, yerçekimi potansiyel enerjisi gibi bir potansiyel enerji şeklidir ve birim yük başına elektrik potansiyel enerjisi olarak tanımlanır. Voltaj için SI birimi volt (V) ve 1 V = 1 J/C veya coulomb şarj başına bir joule enerjidir. Bazen de denirelektrik hareket gücüveya EMF.

Elektrik akımı, 1 A = 1 C/s (saniyede bir coulomb şarj) olmak üzere amperin (A) SI birimine sahip bir devrede belirli bir noktadan geçen elektrik yükünün akış hızıdır. Doğru akım (DC) ve alternatif akım (AC) şeklinde gelir ve DC daha basit olmasına rağmen AC devreleri uzun süreli iletimi daha kolay ve daha güvenli olduğu için dünyadaki çoğu haneye güç sağlamak için kullanılır mesafeler.

Ohm yasasını ele almadan önce anlamanız gereken son kavram, bir devredeki akım akışına karşıtlığın bir ölçüsü olan dirençtir. Direnç için SI birimi ohm'dur (Yunanca omega, Ω harfini kullanır), burada 1 Ω = 1 V/A.

Alman fizikçi Georg Ohm, kendi adını taşıyan denkleminde voltaj, akım ve direnç arasındaki ilişkiyi tanımladı. Ohm kanunu formülü:

neredeVgerilim veya potansiyel farktır,benakım ve direnç miktarıdır$son miktardır.

Denklem, gerilim ve dirence dayalı akımı veya akım ve gerilime dayalı direnci hesaplamak için bir formül üretecek şekilde basit bir şekilde yeniden düzenlenebilir. Denklemleri yeniden düzenleme konusunda rahat değilseniz, bir Ohm yasa üçgenine bakabilirsiniz (Kaynaklara bakın), ancak cebirin temel kurallarına aşina olan herkes için oldukça basittir.

Ohm kanunu denkleminin gösterdiği kilit noktalar, voltajın elektrik akımıyla doğru orantılı olduğudur (bu nedenle, voltaj, akım ne kadar yüksekse) ve bu akım dirençle ters orantılıdır (bu nedenle direnç ne kadar yüksek olursa, o kadar düşük olur). akım).

Bir ucu tepenin üstünde ve bir ucu altta olan bir boruya dayanan kilit noktaları hatırlamak için su akışı benzetmesini kullanabilirsiniz. Voltaj tepenin yüksekliği gibidir (daha dik, daha uzun bir tepe daha fazla voltaj anlamına gelir), akım akışı su akışı gibidir (su daha dik bir tepeden aşağı daha hızlı akar) ve direnç borunun kenarları ile su arasındaki sürtünme gibi (daha ince bir boru daha fazla sürtünme yaratır ve su akışının hızını düşürür, tıpkı daha yüksek bir direncin elektrik akımına yaptığı gibi) akış).

Ohm yasası, elektrik devrelerini tanımlamak için hayati derecede önemlidir, çünkü gerilimi akımla ilişkilendirir ve direnç değeri ikisi arasındaki ilişkiyi düzenler. Bu nedenle, bir devredeki akım miktarını kontrol etmek için Ohm yasasını kullanabilir, akım akışını azaltmak için dirençler ekleyebilir ve akım miktarını artırmak için bunları uzaklaştırabilirsiniz.

Elektrik gücünü (saniyedeki enerji akış hızı) tanımlamak için de genişletilebilir, çünkü güç P = IV ve böylece devrenizin 60 watt'lık bir cihaz için yeterli enerji sağladığından emin olmak için kullanabilirsiniz.

Fizik öğrencileri için Ohm yasasıyla ilgili en önemli şey, özellikle onu takip eden Kirchhoff yasalarıyla birleştirdiğinizde devre şemalarını analiz etmenize izin vermesidir.

Kirchhoff'un voltaj yasası, bir devredeki herhangi bir kapalı döngü etrafındaki voltaj düşüşünün her zaman sıfıra eşit olduğunu belirtir ve Mevcut yasa, bir devredeki bir bağlantı noktasına veya düğüme akan akımın miktarının, dışarı akan akım miktarına eşit olduğunu belirtir. ondan. Ohm yasasını, özellikle elektronik sınıflarında ortaya çıkan yaygın bir problem olan bir devrenin herhangi bir bileşenindeki voltaj düşüşünü hesaplamak için voltaj yasasıyla birlikte kullanabilirsiniz.

Söz konusu elektrik devresi için diğer iki miktarı bilmeniz koşuluyla, üçün bilinmeyen herhangi bir miktarını bulmak için Ohm yasasını kullanabilirsiniz. Bazı temel örnekler üzerinde çalışmak size bunun nasıl yapıldığını gösterir.

İlk olarak, toplam direnci 18 Ω olan bir devreye bağlı 9 voltluk bir piliniz olduğunu hayal edin. Devreyi bağladığınızda ne kadar akım akar? Ohm yasasını yeniden düzenleyerek (veya bir üçgen kullanarak) şunları bulabilirsiniz:

Böylece devrenin etrafında 0,5 amper akım akar. Şimdi bunun güç vermek istediğiniz bir bileşen için mükemmel miktarda akım olduğunu hayal edin, ancak yalnızca 12 V'luk bir piliniz var. Bileşenin optimum miktarda akım aldığından emin olmak için ne kadar direnç eklemelisiniz? Yine, Ohm yasasını yeniden düzenleyebilir ve cevabı bulmak için çözebilirsiniz:

Yani devrenizi tamamlamak için 24 Ω'luk bir dirence ihtiyacınız olacak. Son olarak, içinden 2 A akım geçen bir devrede 5 Ω'luk bir direnç üzerindeki voltaj düşüşü nedir? Bu sefer, yasanın standart V = IR formu gayet iyi çalışıyor:

Ohm yasasını çok çeşitli durumlarda kullanabilirsiniz, ancak geçerliliğinin sınırlamaları vardır - bu gerçekten temel bir fizik yasası değildir. Kanun, voltaj ve akım arasında doğrusal bir ilişki tanımlar, ancak bu ilişki yalnızca şu durumlarda geçerlidir: Çalıştığınız direnç veya dirençli devre elemanı, farklı koşullar altında sabit bir dirence sahiptir. VoltajVve akımbendeğerler.

Bu kurala uyan malzemelere omik dirençler denir ve çoğu fizik problemi omik dirençleri içerecek olsa da, günlük yaşamınızdan birçok omik olmayan dirençlere aşina olacaksınız.

Bir ampul, omik olmayan bir direncin mükemmel bir örneğidir. grafiğini çizdiğinizdeVvs.benohmik dirençler için tamamen düz bir ilişki gösterir, ancak bunu ampul gibi bir şey için yaparsanız durum değişir. Ampuldeki filaman ısındıkça ampulün direnciartışlar, bu, grafiğin düz bir çizgi yerine bir eğri haline geldiği ve Ohm yasasının geçerli olmadığı anlamına gelir.