Ohm se Wet: Hoe dit Werk (Formule en Ohm se Wet Driehoek)

Electrical4u

Veld: Basiese Elektriese

China

Wat is Ohm se Wet?

Ohm se wet stel dat die elektriese stroom wat deur enige geleier vloei, direk eweredig is aan die potensiaalverskil (voltage) tussen sy eindes, as dit veronderstel word dat die fisieke toestande van die geleier nie verander nie.

Met ander woorde, die verhouding van die potensiaalverskil tussen enige twee punte van 'n geleier tot die stroom wat daartussen vloei, is konstant, verskaf die fisieke toestande (bv. temperatuur ens.) nie verander nie.

Wiskundig kan Ohm se wet uitgedruk word as,

$\begin{align*} I \propto V \end{align*}$

Deur die konstante van eweredigheid, die weerstand R in die bovermelde vergelyking, in te voer, kry ons,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \,\, or \,\, V = I * R \end{align*}$

Waar,

R is die weerstand van die geleier in Ohm ( $\Omega$ ),

I is die stroom deur die geleier in Amperes (A),

V is die spanning of potensiaalverskil wat oor die geleier gemeet word in Volts (V).

Ohm se wet is van toepassing op beide Gelykstroom en Wisselstroom.

Die verhouding tussen die potensiaalverskil of spanning (V), die stroom (I) en die weerstand (R) in 'n elektriese silinder is eers ontdek deur die Duitse fisikus George Simon Ohm.

Die eenheid van weerstand is Ohm ( $\Omega$ ) is na eer van George Simon Ohm vernoem.

Hoe werk Ohm se Wet?

Volgens die definisie van Ohm se wet, is die stroom wat deur 'n geleier of weerstand tussen twee punte vloei direk eweredig tot die verskil in spanning (of potensiaalverskil) oor die geleier of weerstand.

Maar… dit kan 'n bietjie moeilik wees om te verstaan.

So, laat ons 'n beter intuïtiewe begrip kry vir Ohm se Wet deur die gebruik van 'n paar analoë.

Analogie 1

Stel 'n waterreservoir voor wat op 'n sekere hoogte bo die grond geplaas is. Daar is 'n slang aan die onderkant van die waterreservoir soos in die afbeelding hieronder getoon.

Analogy 1.png

Die waterdruk in pascal aan die einde van die slang is analoog aan die spanning of potensiaalverskil in 'n elektriese stroombaan.
Die waterstroomkoers in liter per sekonde is analoog aan die elektriese stroom in coulombs per sekonde in 'n elektriese stroombaan.
Die beperkers tot die waterstroom, soos openinge in leidinge tussen twee punte, is analoog aan weerstanders in 'n elektriese stroombaan.

Dus, die waterstroomkoers deur 'n openingbeperker is eweredig aan die verskil in waterdruk oor die beperker.

Op dieselfde manier, in 'n elektriese stroombaan, is die stroom wat deur 'n geleider of weerstander tussen twee punte vloei, direk eweredig aan die verskil in spanning of potensiaalverskil oor die geleider of weerstander.

Ons kan ook sê dat die weerstand gebied teen waterstroom afhang van die lengte van die leiding, die materiaal van die leiding, en die hoogte van die reservoir bo die grond.

Ohm se wet werk op 'n soortgelyke manier in 'n elektriese stroombaan dat die elektriese weerstand gebied teen die stroomvloei afhang van die lengte van die geleider en die materiaal van die geleider wat gebruik word.

Analogie 2

'n Eenvoudige analogie tussen die hidrauliese waterstroombaan en die elektriese stroombaan om te beskryf hoe Ohm se wet werk, word in die afbeelding hieronder getoon.

Analogy 2.png Analogy 2.2.png

Soos aangedui, as die waterdruk konstant is en die beperking toeneem (dit maak dit moeiliker vir die water om te vloei), dan neem die koers van die waterstroom af.

Op dieselfde manier, in 'n elektriese stroombaan, as die spanning of potensiaalverskil konstant is en die weerstand toeneem (dit maak dit moeiliker vir die stroom om te vloei), dan neem die koers van die elektriese laad, d.w.s. die stroom, af.

As die beperking van waterstroom konstant is en die pompdruk toeneem, neem die tempo van waterstroom toe.

Op dieselfde manier, in 'n elektriese silinder, as weerstand konstant is en die potensiaalverskil of spanning toeneem, dan neem die tempo van stroom van elektriese laad, d.w.s., stroom, toe.

Ohm se Wet Formule

Die verhouding tussen spanning of potensiaalverskil, stroom en weerstand kan op drie verskillende maniere geskryf word.

As ons enige twee waardes ken, kan ons die derde onbekende waarde bereken deur die verhouding van Ohm se wet te gebruik. Dus, is Ohm se wet baie nuttig in elektronika en elektriese formules en berekeninge.

Wanneer 'n bekende elektriese stroom deur 'n bekende weerstand vloei, kan die spanningsval oor die weerstand bereken word deur die verhouding

$\begin{align*} V = IR \,\, i.e., \,\, Potential \,\, Difference = Current * Resistance \end{align*}$

Wanneer 'n bekende spanning oor 'n bekende weerstand aangebring word, kan die stroom wat deur die weerstand vloei, bereken word deur die verhouding

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \,\, i.e., \,\, Current = \frac{Potential \,\, Diffrence}{Resistance} \end{align*}$

Wanneer 'n bekende spanning oor 'n onbekende weerstand aangebring word en die stroom wat deur die weerstand vloei ook bekend is, kan die waarde van die onbekende weerstand bereken word deur middel van die verhouding

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \,\, i.e., \,\, Resistance = \frac{Potential \,\, Diffrence}{Current} \end{align*}$

Ohm se Wet Formule vir Krag

Die krag wat oorgedra word, is die produk van die voorsieningspanning en elektriese stroom.

Nou, stel $V = I * R$ in vergelyking (1) kry ons,

$\begin{equation*} P = IR * I = I^2*R \end{equation*}$

Hierdie formule staan bekend as die ohmse verliesformule of weerstandige verhittingformule.

Stel nou $I = \frac{V}{R}$ in vergelyking (1) dan kry ons

(3) $\begin{equation*} P = V * \frac{V}{R}= \frac{V^2}{R} \end{equation*}$

Vanuit hierdie verhouding kan ons die vermogen wat in 'n weerstand verlies word bepaal indien sowel die spannings- en weerstandswaardes asook die stroom- en weerstandswaardes bekend is.

Ons kan ook die onbekende weerstandswaarde bepaal deur gebruik te maak van hierdie verhouding indien sowel die spanning asook die stroom bekend is.

$\begin{align*} R = \frac{V^2}{P} \,\, \& \,\, R = \frac{P}{I^2} \end{align*}$

Indien enige twee veranderlikes van vermogen, spanning, stroom en weerstand bekend is, kan ons deur gebruik te maak van Ohm se wet die ander twee veranderlikes bepaal.

$\begin{align*} P = \frac{V^2}{R} \,\,of\,\, R = \frac{V^2}{P} \,\,of\,\, V = \sqrt{PR} \end{align*}$

$\begin{align*} P = {I^2}{R} \,\,of\,\, R = \frac{P}{I^2} \,\,of\,\, I = \sqrt{\frac{P}{R}} \end{align*}$

Die beperkings van Ohm se Wet

Sommige beperkings van Ohm se Wet word hieronder bespreek.

Ohm se Wet is nie van toepassing op alle nie-metale geleiders nie. Byvoorbeeld, vir silisiumkarbied, word die verhouding gegee deur $V = KI^m$ waar K en m konstantes is en m<1.
Ohm se Wet is nie van toepassing op die volgende nie-linêre elemente nie.

Weerstand
Kapasitans
Halbleiter
Vakuumbuise
Elektroliete
Koolstofweerstanders
Booglampies
Zener-dioden

(Let op dat nie-lineêre elemente dié is waarin die verhouding tussen stroom en spanning nie-lineêr is, d.w.s. die stroom is nie presies eweredig aan die toegepaste spanning nie.)

Ohm se wet is slegs van toepassing op metaliese geleiders by 'n konstante temperatuur. As die temperatuur verander, is die wet nie langer van toepassing nie.
Ohm se wet is ook nie van toepassing op unilaterale netwerke nie. Let op dat 'n unilaterale netwerk unilaterale elemente bevat soos transistors, dioden, ens. Unilaterale elemente is dié wat stroom slegs in een rigting laat vloei.

Ohm se Wet Driehoek

Die basiese formules vir Ohm se wet word hieronder in die Ohm se Wet Driehoek opgesom.

Ohm’s Law Triangle.png

Oefeninge met Ohm se Wet

Voorbeeld 1

Soos in die skakel hieronder aangedui, vloei 'n stroom van 4 A deur 'n weerstand van 15 Ω. Bepaal die spanningsval oor die skakel deur gebruik te maak van Ohm se wet.

Oplossing:

Gegewe Data: $I = 4\,\,A$ en $R = 15\,\,\Omega$

Volgens Ohm se wet,

$\begin{align*} \begin{split} V = I * R \\ = 4*15 \\ V = 60 \,\, Volts \end{split} \end{align*}$

Deur gebruik te maak van die vergelyking van Ohm se wet, kry ons die spandingsval oor die sirkel as 60 V.

Voorbeeld 2

Soos hieronder in die sirkel getoon, word 'n voorsieningsspand van 24 V oor 'n weerstand van 12 Ω aangebring. Bepaal die stroom wat deur die weerstand vloei deur gebruik te maak van Ohm se wet.

$\begin{equation*} P = V * I \end{equation*}$

Oplossing:

Gegewe Data: $V = 24\,\,V$ en $R = 12\,\,\Omega$

Volgens Ohm se Wet,

$\begin{align*} \begin{split} I = \frac{V}{R} \\ = \frac{24}{12} \\ I = 2 \,\, A (Ampere) \end{split} \end{align*}$

Dus, deur gebruik te maak van die vergelyking van Ohm se Wet, kry ons dat die stroom wat deur die weerstand vloei, 2 A is.

Voorbeeld 3

Soos in die skema hieronder getoon, is die voorsieningsspanning 24 V en die stroom wat deur die onbekende weerstand vloei, is 2 A. Bepaal die onbekende waarde van die weerstand deur gebruik te maak van Ohm se Wet.

Oplossing:

Gegewe Data: $V = 24\,\,V$ en $I = 2\,\,A$

Volgens Ohm se Wet,

$\begin{align*} \begin{split} R = \frac{V}{I} \\ = \frac{24}{2} \\ R = 12 \,\, \Omega \end{split} \end{align*}$

Deur die gebruik van Ohm se wet vergelyking, kry ons die onbekende weerstandswaarde $12\,\,\Omega$ .

Toepassings van Ohm se Wet

Sommige toepassings van Ohm se wet sluit in:

Om die onbekende potensiaalverskil of spanning, weerstand, en stroomvloei van 'n elektriese sirkel te bereken.
Ohm se wet word in 'n elektroniese sirkel gebruik om die interne spanningval oor die elektroniese komponente te bepaal.
Ohm se wet word in DC-metingsirkels gebruik, veral in 'n DC-ammeter waar 'n lae weerstand-skuif gebruik word om die stroom af te lei.

Bron: Electrical4u

Verklaring: Respekteer die oorspronklike, goeie artikels is waard om gedeel te word, indien derde reëls oortrad maak asb. kontak vir verwydering.