Llei d'Ohm: Com funciona (Fórmula i triangle de la Llei d'Ohm)

Electrical4u

Camp: Electricitat bàsica

China

Què és la llei d'Ohm?

La llei d'Ohm estableix que la corrent elèctrica que flueix a través de qualsevol conductor és directament proporcional a la diferència de potencial (voltatge) entre els seus extrems, assumint que les condicions físiques del conductor no canvien.

En altres paraules, la raó de la diferència de potencial entre dos punts d'un conductor i la corrent que flueix entre ells és constant, sempre que les condicions físiques (per exemple, la temperatura, etc.) no canviïn.

Matemàticament, la llei d'Ohm es pot expressar com,

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

Introduint la constant de proporcionalitat, la resistència R en l'equació anterior, obtenim,

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

On,

R és la resistència del conductor en Ohm ( $\Omega$ ),

I és la corrent que passa pel conductor en Amperes (A),

V és el voltatge o diferència de potencial mesurat a través del conductor en Volts (V).

La llei d'Ohm és aplicable tant a CC com a CA.

La relació entre la diferència de potencial o voltatge (V), la corrent (I) i la resistència (R) en un circuit elèctric va ser descoberta per primer cop pel físic alemany George Simon Ohm.

L'unitat de resistència és l'Ohm ( $\Omega$ ) va ser nomenada en honor de George Simon Ohm.

Com funciona la llei d'Ohm?

Segons la definició de la llei d'Ohm, la corrent que passa a través d'un conductor o resistor entre dos punts és directament proporcional a la diferència de voltatge (o diferència de potencial) a través del conductor o resistor.

Però… això pot ser una mica difícil d'entendre.

Per tant, anem a obtenir una millor intuïció de la llei d'Ohm utilitzant algunes analogies.

Analogia 1

Considera un dipòsit d'aigua situat a una certa alçada sobre el terra. Hi ha una manguera al fons del dipòsit d'aigua, com es mostra en la imatge de sota.

Analogia 1.png

La pressió de l'aigua en pascals al final de la manguera és anàloga a la tensió o diferència de potencial en un circuit elèctric.
El caudal d'aigua en litres per segon és anàleg a la corrent elèctrica en coulombs per segon en un circuit elèctric.
Les restriccions al flux d'aigua, com les obertures col·locades en les tuberies entre dos punts, són anàlegs als resistors en un circuit elèctric.

Així, el caudal d'aigua a través d'un restrictor d'obertura és proporcional a la diferència de pressió d'aigua a través del restrictor.

De manera similar, en un circuit elèctric, la corrent que flueix a través d'un conductor o resistor entre dos punts és directament proporcional a la diferència de tensió o diferència de potencial a través del conductor o resistor.

També podem dir que la resistència oferida al flux d'aigua depèn de la longitud de la tuberia, el material de la tuberia i l'alçada del dipòsit situat sobre el terra.

La llei d'Ohm funciona d'una manera similar en un circuit elèctric, on la resistència elèctrica oferida al flux de corrent depèn de la longitud del conductor i el material del conductor utilitzat.

Analogia 2

Una simple analogia entre el circuit hidràulic d'aigua i el circuit elèctric per descriure com funciona la llei d'Ohm es mostra a la imatge de sota.

Analogia 2.png Analogia 2.2.png

Com es mostra, si la pressió de l'aigua és constant i la restricció augmenta (fent més difícil que l'aigua flueixi), llavors el caudal d'aigua disminueix.

De manera similar, en un circuit elèctric, si la tensió o diferència de potencial és constant i la resistència augmenta (fent més difícil que la corrent flueixi), llavors el caudal de càrrega elèctrica, és a dir, la corrent, disminueix.

Ara, si la restricció al flux d'aigua és constant i la pressió de la bomba augmenta, el ritme del flux d'aigua augmenta.

De manera similar, en un circuit elèctric, si la resistència és constant i la diferència de potencial o tensió augmenta, llavors el ritme del flux de càrrega elèctrica, és a dir, la corrent augmenta.

Fórmula de la Llei d'Ohm

La relació entre la tensió o diferència de potencial, la corrent i la resistència es pot escriure de tres maneres diferents.

Si coneixem dos valors, podem calcular el tercer valor desconegut utilitzant la relació de la llei d'Ohm. Així, la llei d'Ohm és molt útil en les fórmules i càlculs electrònics i elèctrics.

Quan una corrent elèctrica coneguda flueix a través d'una resistència coneguda, llavors el descens de tensió a través de la resistència es pot calcular amb la relació

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

Quan una tensió coneguda s'aplica a través d'una resistència coneguda, llavors la corrent que flueix a través de la resistència es pot calcular amb la relació

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

Quan es coneix la tensió aplicada a una resistència desconeguda i també es coneix la corrent que passa a través de la resistència, el valor de la resistència desconeguda es pot calcular mitjançant la relació

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

Fórmula de la Llei d'Ohm per a la Potència

La potència transferida és el producte de la tensió d'aprovitallament i la corrent elèctrica.

Ara, posem $V = I * R$ a l'equació (1) obtenim,

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

Aquesta fórmula és coneguda com la fórmula de pèrdues ohmiques o fórmula de càlcul de calor per resistència.

Ara, substituïm $I = \frac{V}{R}$ a l'equació (1) i obtenim,

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

A partir d'aquesta relació, podem determinar la dissipació de potència en una resistència si es coneixen tant el voltatge i la resistència com la corrent i la resistència.

També podem determinar el valor desconegut de la resistència utilitzant aquesta relació si es coneix el voltatge o la corrent.

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

Si se'n coneixen dos variables entre potència, voltatge, corrent i resistència, podem determinar les altres dues variables utilitzant la llei d'Ohm.

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

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

Les limitacions de la llei d'Ohm

A continuació es discuteixen algunes de les limitacions de la llei d'Ohm.

La llei d'Ohm no s'aplica a tots els conductors no metàl·lics. Per exemple, per al carbide de silici, la relació es dóna per $V = KI^m$ on K i m són constants i m<1.
La Llei d'Ohm no és aplicable als següents elements No Lineals.

Resistència
Capacitància
Semiconductors
Tubes de buit
Electròlits
Resistors de carbon
Llums d'arc
Diod Zener

(Noteu que els elements no lineals són aquells en què la relació entre la corrent i el voltatge és no lineal, és a dir, la corrent no és exactament proporcional al voltatge aplicat.)

La llei d'Ohm només és aplicable als conductors metàl·lics a una temperatura constant. Si la temperatura canvia, la llei no és aplicable.
La llei d'Ohm tampoc no és aplicable a les xarxes unilaterals. Noteu que una xarxa unilateral conté elements unilaterals com transistors, diodes, etc. Els elements unilaterals són aquells que permeten el flux de corrent només en una direcció.

Triangle de la llei d'Ohm

Les fórmules bàsiques de la llei d'Ohm es resumen a continuació en el triangle de la llei d'Ohm.

Triangle de la llei d'Ohm.png

Problemes pràctics de la llei d'Ohm

Exemple 1

Com es mostra en el circuit següent, una corrent de 4 A passa a través d'una resistència de 15 Ω. Determineu la caiguda de tensió a través del circuit utilitzant la llei d'Ohm.

Solució:

Dades donades: $I = 4\,\,A$ i $R = 15\,\,\Omega$

Segons la llei d'Ohm,

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

Així, utilitzant l'equació de la llei d'Ohm, obtenim una caiguda de tensió en el circuit de 60 V.

Exemple 2

Com es mostra en el circuit següent, s'aplica una tensió d'alimentació de 24 V a través d'una resistència de 12 Ω. Determineu la corrent que passa a través del resistor utilitzant la llei d'Ohm.

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

Solució:

Dades donades: $V = 24\,\,V$ i $R = 12\,\,\Omega$

Segons la llei d'Ohm,

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

Així, utilitzant l'equació de la llei d'Ohm, obtenim que la corrent que passa pel resistor és de 2 A.

Exemple 3

Com es mostra en el circuit següent, el voltatge d'alimentació és de 24 V i la corrent que passa per la resistència desconeguda és de 2 A. Determineu el valor desconegut de la resistència utilitzant la llei d'Ohm.

Solució:

Dades donades: $V = 24\,\,V$ i $I = 2\,\,A$

Segons la llei d'Ohm,

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

Així, utilitzant l'equació de la llei d'Ohm, obtenim el valor de la resistència desconeguda $12\,\,\Omega$ .

Aplicacions de la llei d'Ohm

Algunes de les aplicacions de la llei d'Ohm inclouen:

Per calcular la diferència de potencial o tensió desconeguda, la resistència i el flux de corrent en un circuit elèctric.
La llei d'Ohm s'utilitza en circuits electrònics per determinar la caiguda de tensió interna a través dels components electrònics.
La llei d'Ohm s'utilitza en circuits de mesura en CC, especialment en ampermetres de CC, on es fa servir una derivació de baixa resistència per desviar la corrent.

Font: Electrical4u

Declaració: Respecteu l'original, articles bons que valen la pena compartir, si hi ha infracció contacteu per eliminar.