Ohmi seadus: Kuidas see toimib (valem ja Ohmi seaduse kolmnurk)

Electrical4u

Väli: Põhiline Elekter

China

Mis on Ohmi seadus?

Ohmi seadus ütleb, et elektrivool läbi suvalise joonitaja on otse proportsionaalne sellel joonitajal oleva pingevahetusega (voltaažiga), eeldusel, et joonitaja füüsikad tingimused ei muutu.

Teiste sõnadega, kahe suvalise punkti vaheline pingevahetuse ja nende vahel läbitavate voolu suhe on konstantne, kui füüsikalised tingimused (nt temperatuur jne) ei muutu.

Matemaatiliselt saab Ohmi seadust väljendada järgmiselt,

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

Sisse viies proportsionaalsuse konstandi, vastand R, saame,

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

Kus,

R on joonitaja vastand ohmides ( $\Omega$ ),
I on elektri jõud joont läbi vedeliku amperes (A),
V on volti või potentsiaalero vahe, mida mõõdetakse vedeliku külgedel voltides (V).

Ohmi seadus on rakendatav nii DC kui ka AC.

Seos potentsiaalero või volti (V), elektri jõudu (I) ja vastupanu (R) elektrikirjelduses avastas esmakordselt saksa füüsik George Simon Ohm.

Vastupanuühik on Ohm ( $\Omega$ ) on nimetatud George Simon Ohmi järgi.

Kuidas töötab Ohmi seadus?

Kui Ohmi seaduse definitsiooni järgi, on elektri jõud, mis läbib vedelikku või vastupanurit kahe punkti vahel otseste lineaarsete vastutavatele vastavalt potentsiaalero või volti erinevusele (ehk potentsiaalero vahele) vedeliku või vastupanuri külgedel.

Aga… see võib olla veidi raske mõista.

Seega saame parema intuitiivse taju Ohmi seadusest kasutades mõningaid analoogiaid.

Analogia 1

Kujutlege veekontinäid, mis on paigutatud teatud kõrgusel maapinnast. Kontinäid allosas on tuub, nagu allpool näidatud.

Analogy 1.png

Tuubi lõpus olev vee rõhk paskalites on analoogiline elektriliini voltagiga või potentsiaal erinevusega.
Vee voog liitrites sekundis on analoogiline elektriliini kuluga kuulombites sekundis.
Vee voolu piirangud, nagu aukad tuubes kahe punkti vahel, on analoogsed elektriliini vastustega.

Nii, et vee voolu kiirus piirangu kaudu on proportsionaalne vee rõhu erinevusega piirangu kohal.

Samamoodi elektriliinis on kulgu vedava joone või vasturikut kahes punktis proportsionaalne voltagi või potentsiaal erinevusega vasturiku või joone kohal.

Võime öelda, et vee voolule pakutav vastus sõltub tuubi pikkusest, tuubi materjalist ja kontinäid asukohast maapinnast.

Ohmi seadus töötab elektriliinis sarnaselt, nii et elektrivastus sõltub joone pikkusest ja kasutatud materjalist.

Analogia 2

Allpool on näidatud lihtne analogia hübdraulilise veeliini ja elektriliini vahel, mis kirjeldab Ohmi seaduse toimimist.

Analogy 2.png Analogy 2.2.png

Kui vee rõhk on konstantne ja piirang suureneb (tehes vee voolu keerulisemaks), siis vee voolu kiirus väheneb.

Samamoodi elektriliinis, kui voltagi või potentsiaal erinevus on konstantne ja vastus suureneb (tehes kulgu voolu keerulisemaks), siis elektrilaeng, st kulgu vool väheneb.

Nüüd, kui veevoolu piirang on konstantne ja pumbra rõhk suureneb, siis veevoolu kiirus suureneb.

Sarnaselt elektriseeritud tsüklis, kui vastus on konstantne ja potentsiaalne erinevus või pingetase suureneb, siis elektrilise laenguvoolu kiirus, st vool, suureneb.

Ohmi seaduse valem

Pingetase või potentsiaalne erinevus, vool ja vastus omavahelise seose saab kirjutada kolme erineva viisil.

Kui me teame kahte väärtust, saame arvutada kolmanda tundmatu väärtuse Ohmi seaduse abil. Seega on Ohmi seadus väga kasulik elektronikas ja elektritööstuses valemite ja arvutuste tegemisel.

Kui teame elektrilist voolu, mis läbib teadmist vastust, siis vastuse ülepinge languse saame arvutada järgmise seose abil

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

Kui teame pinget, mis rakendatakse teadmise vastusele, siis vastuse läbivoolu saame arvutada järgmise seose abil

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

Kui teadaolev lülitjategel on rakendatud teadmata vastuse kaudu ja vastuse kaudu liikuv vool on ka teada, siis teadmata vastuse väärtust saab arvutada järgmise suhtevõrrandi abil

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

Ohmi seaduse valem võimsuse jaoks

Ülekanneeritav võimsus on pakkumise pingetegu ja elektrivoolu korrutis.

Nüüd asendame $V = I * R$ valemisse (1) ja saame,

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

See valem on teada ka ohmliku kahju või vastusega soojenemise valemina.

Nüüd asendame $I = \frac{V}{R}$ valemisse (1) ja saame,

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

Ülalolevalt seosest saame määrata vastuses hukkunud võimu, kui on teada kas jõud ja vastus või vool ja vastus.

Samuti saame määrata tundmatu vastuse väärtuse, kasutades ülalolevat seost, kui on teada kas jõud või vool.

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

Kui on teada kaks muutujat jõust, jõudvõist, voolust ja vastusest, siis Ohmi seaduse abil saame määrata muid kahet muutujat.

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

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

Ohmi seaduse piirangud

Allpool on toodud mõned Ohmi seaduse piirangud.

Ohmi seadus ei kehti kõikide mitte-metalliliste juhtivuste puhul. Näiteks silitsiumkarbiidi puhul on suhe antud valemiga $V = KI^m$ kus K ja m on konstandid ning m<1.
Ohmi seadust ei saa rakendada järgmistele mittelineaarsele elementidele.

Vastus
Kondensaator
Pooljuht
Vakuumvalgutit
Elektroliit

Küpsvetikute vastused

Lõkka

Zener diood

(Välineelised elemendid on need, kus voolu ja pingetühiku suhe ei ole lineaarne, st vool ei ole täpselt proportsionaalne rakendatud pingega.)

Ohmi seadus kehtib ainult metalljuhtidest konstantse temperatuuriga. Kui temperatuur muutub, siis seadus ei kehti.
Ohmi seadust ei saa kasutada üksiksuunaliste võrkude puhul. Üksiksuunaline võrk sisaldab üksiksuunalisi elemente, nagu tranzistoreid, diodeid jne. Üksiksuunalised elemendid on need, mis lubavad voolu liikuda ainult ühes suunas.

Ohmi seaduse kolmnurk

Ohmi seaduse põhivalemite kokkuvõte on järgmisel Ohmi seaduse kolmnurgal.

Ohm’s Law Triangle.png

Ohmi seaduse praktilised probleemid

Näide 1

Nagu näha järgmisel skemal, voolab läbi 15 Ω vastuse vool 4 A. Määra lüliti läbiva pingevahetuse Ohmi seaduse abil.

Lahendus:

Antud andmed: $I = 4\,\,A$ ja $R = 15\,\,\Omega$

Ohmi seaduse järgi,

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

Näiteks, kasutades Ohmi seaduse võrrandit, saame, et ringi lõhkuv pinge on 60 V.

Näide 2

Allpool näidatud ringis rakendatakse vastavalt 24 V pinge 12 Ω vastendile. Määrake vastendi läbipääsuv vool, kasutades Ohmi seadust.

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

Lahendus:

Antud andmed: $V = 24\,\,V$ ja $R = 12\,\,\Omega$

Ohmi seaduse kohaselt,

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

Nii saame Ohmi seaduse abil, et vastavalt lülitisse voolab 2 A.

Näide 3

Allpool näidatud lülitises on toitepinge 24 V ja lülitisse voolav strööm 2 A. Määra tundmatu vastuse väärtus Ohmi seaduse abil.

Lahendus:

Antud andmed: $V = 24\,\,V$ ja $I = 2\,\,A$

Ohmi seaduse kohaselt,

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

Nii saame Ohmi seaduse võrrandiga tundmatu vastendväärtuse $12\,\,\Omega$ .

Ohmi seaduse rakendused

Mõned Ohmi seaduse rakendused:

Tundmatu potentsiaalvahe või pingete, vastendite ja elektrivoolu arvutamiseks elektrilises ringis.
Ohmi seadust kasutatakse elektronikaringides, et määrata sisenemise tingitud pingevahet elektronikakomponentide kohal.
Ohmi seadust kasutatakse DC mõõtmisringides, eriti DC ampermetrites, kus kasutatakse madala vastendiga šunti, et suunata voolu.

Allikas: Electrical4u

Autoriõigused: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.