Η Νόμος του Ωμ: Πώς Λειτουργεί (Τύπος και Τρίγωνο του Νόμου του Ωμ)

Electrical4u

Πεδίο: Βασική ηλεκτροτεχνία

China

Τι είναι η Νόμος του Ohm;

Ο νόμος του Ohm αναφέρει ότι ο ηλεκτρικός ρεύμα που διαρρέει κάθε διάγωνας είναι ανάλογος με τη δυναμική διαφορά (τάση) μεταξύ των άκρων του, υπό την υπόθεση ότι οι φυσικές συνθήκες του διαγώνα δεν αλλάζουν.

Με άλλα λόγια, η λόγος της δυναμικής διαφοράς μεταξύ οποιωνδήποτε δύο σημείων ενός διαγώνα και του ρεύματος που διαρρέει μεταξύ τους είναι σταθερός, υπό την υπόθεση ότι οι φυσικές συνθήκες (π.χ., θερμοκρασία κλπ.) δεν αλλάζουν.

Μαθηματικά, ο νόμος του Ohm μπορεί να εκφραστεί ως,

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

Εισάγοντας το σταθερό παράγοντα αναλογικότητας, την αντίσταση R στην παραπάνω εξίσωση, παίρνουμε,

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

Όπου,

R είναι η αντίσταση του διαγώνα σε Ω ( $\Omega$ ),
Το I είναι ο ρευστός που διαρρέει τον ηλεκτροδοχείο σε Amperes (A),
Το V είναι η τάση ή η διαφορά δυναμικού που μετριέται στο ηλεκτροδοχείο σε Volts (V).

Η Νόμος του Ohm εφαρμόζεται και σε DC και AC.

Η σχέση μεταξύ της διαφοράς δυναμικού ή τάσης (V), του ρευστού (I) και της αντίστασης (R) σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα ανακαλύφθηκε πρώτη φορά από τον Γερμανό φυσικό George Simon Ohm.

Η μονάδα της αντίστασης είναι Ωhm ( $\Omega$ ) πήρε το όνομά του από τον George Simon Ohm.

Πώς Λειτουργεί ο Νόμος του Ohm?

Σύμφωνα με τον ορισμό του Νόμου του Ohm, ο ρευστός που διαρρέει έναν ηλεκτροδοχείο ή αντίστατη μεταξύ δύο σημείων είναι ανάλογος της διαφοράς τάσης (ή διαφοράς δυναμικού) μεταξύ αυτών των δύο σημείων.

Αλλά… αυτό μπορεί να είναι λίγο δύσκολο να κατανοηθεί.

Έτσι, ας πάρουμε μια καλύτερη έννοια για τον Νόμο του Ohm με τη χρήση μερικών αναλογιών.

Παραδείγματος Χάριν 1

Υποθέστε ένα δεξαμενόνερο που είναι τοποθετημένο σε μια συγκεκριμένη ύψος από το έδαφος. Υπάρχει ένα σωλήνα στο κάτω μέρος του δεξαμενόνερου, όπως φαίνεται στην εικόνα παρακάτω.

Analogy 1.png

Η πίεση του νερού σε πάσκαλ στο τέλος του σωλήνα είναι αντιστοιχημένη με την τάση ή τη διαφορά δυναμικού σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.
Η ροή νερού σε λίτρα ανά δευτερόλεπτο είναι αντιστοιχημένη με την ηλεκτρική ροή σε κουλόμβια ανά δευτερόλεπτο σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.
Οι περιοριστικοί παράγοντες για τη ροή του νερού, όπως οι διαφορετικές αποστάσεις σε σωλήνες μεταξύ δύο σημείων, είναι αντιστοιχημένοι με τους αντιστοιχους σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.

Επομένως, η ροή νερού μέσω ενός περιοριστικού αποστάσεων είναι ανάλογη με τη διαφορά πίεσης του νερού στα δύο σημεία του περιοριστικού.

Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, η ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσω ενός διαγωνιστή ή αντιστοιχου μεταξύ δύο σημείων είναι άμεσα ανάλογη με τη διαφορά τάσης ή δυναμικού στα δύο σημεία του διαγωνιστή ή αντιστοιχου.

Μπορούμε επίσης να πούμε ότι η αντίσταση που παρέχεται στη ροή του νερού εξαρτάται από το μήκος του σωλήνα, το υλικό του σωλήνα και το ύψος του δεξαμενόνερου πάνω από το έδαφος.

Το ίδιο ισχύει και για την ηλεκτρική αντίσταση σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, η οποία εξαρτάται από το μήκος του διαγωνιστή και το υλικό του διαγωνιστή που χρησιμοποιείται.

Παραδείγματος Χάριν 2

Μια απλή αναλογία μεταξύ του υδραυλικού κύκλου νερού και του ηλεκτρικού κυκλώματος για να περιγράψει πώς λειτουργεί το νόμος του Ohm είναι δείκνυμενη στην εικόνα παρακάτω.

Analogy 2.png Analogy 2.2.png

Όπως φαίνεται, αν η πίεση του νερού είναι σταθερή και ο περιορισμός αυξάνεται (κάνοντας την ροή του νερού πιο δύσκολη), τότε η ταχύτητα ροής του νερού μειώνεται.

Παρόμοια, σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, αν η τάση ή το δυναμικό είναι σταθερό και η αντίσταση αυξάνεται (κάνοντας την ροή του ρεύματος πιο δύσκολη), τότε η ταχύτητα ροής του ηλεκτρικού φορτίου, δηλαδή το ρεύμα, μειώνεται.

Τώρα, αν η περιορισμός της ροής νερού είναι σταθερός και ο πίεσης της διάφορου αυξάνεται, η ταχύτητα ροής νερού αυξάνεται.

Όμοια, σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, αν η αντίσταση είναι σταθερή και η διαφορά δυναμικού ή το voltage αυξάνεται, τότε η ταχύτητα ροής του ηλεκτρικού φορτίου, δηλαδή ο ρεύματος, αυξάνεται.

Τύπος Νόμου Ohm

Η σχέση μεταξύ δυναμικού ή voltage, ρεύματος και αντίστασης μπορεί να γραφτεί με τρεις διαφορετικούς τρόπους.

Εάν γνωρίζουμε δύο τιμές, μπορούμε να υπολογίσουμε την τρίτη άγνωστη τιμή χρησιμοποιώντας τη σχέση του νόμου Ohm. Έτσι, ο νόμος Ohm είναι πολύ χρήσιμος σε ηλεκτρονικά και ηλεκτρικά τύπους και υπολογισμούς.

Όταν γνωστό ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσα σε γνωστή αντίσταση, τότε η πτώση δυναμικού στην αντίσταση μπορεί να υπολογιστεί μέσω της σχέσης

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

Όταν γνωστό δυναμικό εφαρμόζεται σε γνωστή αντίσταση, τότε το ρεύμα που ρέει μέσα στην αντίσταση μπορεί να υπολογιστεί μέσω της σχέσης

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

Όταν εφαρμόζεται μια γνωστή τάση σε έναν άγνωστο αντίσταση και ο ρεύματας που διαρρέει την αντίσταση είναι επίσης γνωστό, τότε η τιμή της άγνωστης αντίστασης μπορεί να υπολογιστεί μέσω της σχέσης

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

Τύπος του Νόμου του Ohm για την Ισχύ

Η ισχύς που μεταφέρεται είναι το γινόμενο της εφοδιαστικής τάσης και του ηλεκτρικού ρεύματος.

Τώρα, βάλτε την $V = I * R$ στην εξίσωση (1) παίρνουμε,

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

Αυτή η τύπος είναι γνωστή ως τύπος ομικών απωλειών ή τύπος θερμότητας αντιστάσεως.

Τώρα, βάζουμε $I = \frac{V}{R}$ στην εξίσωση (1) και παίρνουμε,

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

Από την παραπάνω σχέση, μπορούμε να καθορίσουμε την διάσπαση της ισχύος στην αντίσταση, αν γνωρίζουμε είτε την τάση και την αντίσταση ή τον ρεύματα και την αντίσταση.

Μπορούμε επίσης να καθορίσουμε την άγνωστη τιμή της αντίστασης χρησιμοποιώντας την παραπάνω σχέση, αν γνωρίζουμε είτε την τάση ή τον ρεύματα.

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

Εάν γνωρίζουμε δύο μεταβλητές από την ισχύ, την τάση, το ρεύμα και την αντίσταση, τότε με την χρήση του νόμου του Ohm, μπορούμε να καθορίσουμε τις άλλες δύο μεταβλητές.

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

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

Οι Περιορισμοί του Νόμου του Ohm

Κάποιοι περιορισμοί του νόμου του Ohm συζητούνται παρακάτω.

Ο νόμος του Ohm δεν εφαρμόζεται σε όλους τους μη μεταλλικούς διαγωνιστές. Για παράδειγμα, για το καρβόνιο από σιλικό, η σχέση δίνεται από την εξίσωση $V = KI^m$ όπου K και m είναι σταθερές και m<1.
Ο Νόμος του Ohm δεν εφαρμόζεται στα παρακάτω Μη Γραμμικά στοιχεία.

Αντίσταση
Εμβαδότητα
Ημιαγωγοί
Λείψανα κενού
Ηλεκτρολύτες
Ανθρακούχες αντίστασεις
Λαμπτήρες οξυ
Διόδος Zener

(Σημειώστε ότι τα μη γραμμικά στοιχεία είναι εκείνα στα οποία η σχέση μεταξύ ρεύματος και τάσης είναι μη γραμμική δηλαδή, το ρεύμα δεν είναι ακριβώς ανάλογο με την εφαρμοσμένη τάση.)

Η Νόμος του Ohm εφαρμόζεται μόνο σε μεταλλικούς διαγωνιστές σε σταθερή θερμοκρασία. Αν η θερμοκρασία αλλάξει, ο νόμος δεν εφαρμόζεται.
Ο Νόμος του Ohm δεν εφαρμόζεται επίσης σε μονοπλευρά δίκτυα. Σημειώστε ότι ένα μονοπλευρό δίκτυο περιέχει μονοπλευρά στοιχεία, όπως τρανζίστορ, διόδοι κλπ. Τα μονοπλευρά στοιχεία είναι εκείνα που επιτρέπουν την ροή ρεύματος μόνο σε μία κατεύθυνση.

Τρίγωνο Νόμου Ohm

Οι βασικές τύποι του Νόμου Ohm συνοψίζονται παρακάτω στο τρίγωνο Νόμου Ohm.

Ohm’s Law Triangle.png

Άσκησεις Νόμου Ohm

Παράδειγμα 1

Όπως φαίνεται στο παρακάτω κύκλωμα, ένα ρεύμα 4 A ρέει μέσω μιας αντίστασης 15 Ω. Να υπολογιστεί η πτώση τάσης στο κύκλωμα χρησιμοποιώντας τον Νόμο Ohm.

Λύση:

Δοθέντα Δεδομένα: $I = 4\,\,A$ και $R = 15\,\,\Omega$

Σύμφωνα με τον Νόμο του Όχμ:

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

Επομένως, χρησιμοποιώντας την εξίσωση του Νόμου του Όχμ, προκύπτει ότι η πτώση τάσης στον κύκλωμα είναι 60 V.

Παράδειγμα 2

Όπως φαίνεται στο παρακάτω κύκλωμα, μια εφοδιαστική τάση 24 V εφαρμόζεται σε αντίσταση 12 Ω. Να υπολογιστεί ο ρευστός που διαρρέει τον αντιστατή χρησιμοποιώντας τον Νόμο του Όχμ.

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

Λύση:

Δοθέντα Δεδομένα: $V = 24\,\,V$ και $R = 12\,\,\Omega$

Σύμφωνα με τον νόμο του Όχμ,

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

Έτσι, χρησιμοποιώντας την εξίσωση του νόμου του Όχμ, βρίσκουμε ότι ο ροή που διαρρέει τον αντιστάτη είναι 2 A.

Παράδειγμα 3

Όπως φαίνεται στο παρακάτω πλήθος, η εφοδιαστική τάση είναι 24 V και η ροή που διαρρέει την άγνωστη αντίσταση είναι 2 A. Να βρεθεί η άγνωστη τιμή της αντίστασης χρησιμοποιώντας τον νόμο του Όχμ.

Λύση:

Δοθέντα Δεδομένα: $V = 24\,\,V$ και $I = 2\,\,A$

Σύμφωνα με τον νόμο του Όχμ,

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

Έτσι, χρησιμοποιώντας την εξίσωση του Ωμ, παίρνουμε την άγνωστη τιμή της αντίστασης $12\,\,\Omega$ .

Εφαρμογές του Νόμου του Ωμ

Μερικές από τις εφαρμογές του νόμου του Ωμ περιλαμβάνουν:

Για τον υπολογισμό της άγνωστης δυναμικής διαφοράς ή τάσης, της αντίστασης και της ροής του ρεύματος σε ηλεκτρικό κύκλωμα.
Ο νόμος του Ωμ χρησιμοποιείται σε ηλεκτρονικά κύκλωμα για τον καθορισμό της εσωτερικής πτώσης τάσης στα ηλεκτρονικά συστατικά.
Ο νόμος του Ωμ χρησιμοποιείται σε μέτρηση DC, ειδικά σε DC μετρητές ρεύματος, όπου χρησιμοποιείται ένας χαμηλός αντιστατικός διαχωριστικός φασματοδιαχωριστής για την αποκλίνση του ρεύματος.

Πηγή: Electrical4u

Δήλωση: Σεβαστείτε το αρχικό, καλά άρθρα αξίζουν να μοιραστούν, αν υπάρχει παραβίαση πνευματικών δικαιωμάτων παρακαλώ επικοινωνήστε για διαγραφή.