Lei de Ohm: Como funciona (Fórmula e Triángulo de Ohm)

Electrical4u

Campo: Electrónica Básica

China

Que é a Lei de Ohm?

A lei de Ohm afirma que a corrente eléctrica que fluye por calquera conductor é directamente proporcional á diferenza de potencial (voltaxe) entre os seus extremos, asumindo que as condicións físicas do conductor non cambian.

En outras palabras, a relación entre a diferenza de potencial entre calquera dous puntos dun conductor e a corrente que fluye entre eles é constante, sempre que as condicións físicas (por exemplo, a temperatura, etc.) non cambien.

Matematicamente, a lei de Ohm pode expresarse como,

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

Introducindo a constante de proporcionalidade, a resistencia R na ecuación anterior, obtemos,

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

Onde,

R é a resistencia do conductor en Ohm ( $\Omega$ ),
I é a corrente que circula polo condutor en Amperios (A),
V é a tensión ou diferenza de potencial medida a través do condutor en Volts (V).

A lei de Ohm é aplicable tanto a corrente continua como a corrente alternada.

A relación entre a diferenza de potencial ou tensión (V), a corrente (I) e a resistencia (R) nun circuito eléctrico foi descuberta primeiro polo físico alemán George Simon Ohm.

A unidade de resistencia é o Ohm ( $\Omega$ ) foi nomeada en honra de George Simon Ohm.

Como Funciona a Lei de Ohm?

Segundo a definición da lei de Ohm, a corrente que circula por un condutor ou resistor entre dous puntos é directamente proporcional á diferenza de tensión (ou potencial) a través do condutor ou resistor.

Pero… iso pode ser un pouco difícil de entender.

Así que obtemos unha mellor intuición da Lei de Ohm usando algunhas analogías.

Analogía 1

Considera un depósito de auga situado a unha certa altura sobre o terreo. Hai unha manguera na parte inferior do depósito de auga, como se mostra na imaxe a continuación.

Analogía 1.png

A presión da auga en pascals no final da manguera é análoga á tensión ou diferenza de potencial nun circuito eléctrico.
O caudal de auga en litros por segundo é análogo á corrente eléctrica en coulombs por segundo nun circuito eléctrico.
Os restrictores ao fluxo de auga, como as aberturas colocadas nas tuberías entre dous puntos, son análogos aos resistores nun circuito eléctrico.

Así, o caudal de auga a través dun restrictor de abertura é proporcional á diferenza de presión de auga a través do restrictor.

De forma semellante, nun circuito eléctrico, a corrente que fluye a través dun conductor ou resistor entre dous puntos é directamente proporcional á diferenza de tensión ou potencial entre o conductor ou resistor.

Tamén podemos dicir que a resistencia ofertada ao fluxo de auga depende da lonxitude da tubería, do material da tubería e da altura do depósito situado sobre o terreo.

O traballo de Ohm nese sentido nun circuito eléctrico é que a resistencia eléctrica ofertada ao fluxo de corrente depende da lonxitude do conductor e do material do conductor usado.

Analogía 2

Unha simple analogía entre o circuito hidráulico de auga e o circuito eléctrico para describir como funciona a lei de Ohm amóstrase na imaxe a continuación.

Analogía 2.png Analogía 2.2.png

Como se mostra, se a presión da auga é constante e a restrición aumenta (faciéndoo máis difícil para que a auga flua), entón o caudal de auga diminúe.

De forma semellante, nun circuito eléctrico, se a tensión ou diferenza de potencial é constante e a resistencia aumenta (faciéndoo máis difícil para que a corrente flua), entón o caudal de carga eléctrica, isto é, a corrente, diminúe.

Agora, se a restrición ao fluxo de auga é constante e a presión da bomba aumenta, a taxa de fluxo de auga aumenta.

De forma semellante, nun circuito eléctrico, se a resistencia é constante e a diferenza de potencial ou voltaxe aumenta, entón a taxa de fluxo da carga eléctrica, isto é, a corrente, aumenta.

Fórmula da Lei de Ohm

A relación entre a voltaxe ou a diferenza de potencial, a corrente e a resistencia pode escribirse de tres formas diferentes.

Se coñecemos dous valores, podemos calcular o terceiro valor descoñecido utilizando a relación da lei de Ohm. Así, a lei de Ohm é moi útil nas fórmulas e cálculos electrónicos e eléctricos.

Cando unha corrente eléctrica coñecida flúe a través dunha resistencia coñecida, a caída de tensión a través da resistencia pode calcularse pola relación

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

Cando unha voltaxe coñecida se aplica a través dunha resistencia coñecida, a corrente que flúe a través da resistencia pode calcularse pola relación

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

Cando se aplica unha voltagem coñecida a través dunha resistencia descoñecida e tamén se coñece a corrente que circula pola resistencia, o valor da resistencia descoñecida pode calcularse mediante a relación

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

Fórmula da Lei de Ohm para Potencia

A potencia transferida é o produto da voltagem de alimentación e a corrente eléctrica.

Agora, substituíndo $V = I * R$ na ecuación (1) obtemos,

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

Esta fórmula é coñecida como a fórmula de perdas ohmicas ou fórmula de calefacción resistiva.

Agora, poñendo $I = \frac{V}{R}$ na ecuación (1) obtemos,

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

Desta relación, podemos determinar a dissipación de potencia na resistencia se se coñecen o voltaxe e a resistencia ou a corrente e a resistencia.

Tamén podemos determinar o valor da resistencia descoñecida usando esta relación se se coñece o voltaxe ou a corrente.

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

Se se coñecen dúas variables entre potencia, voltaxe, corrente e resistencia, podemos determinar as outras dúas variables usando a lei de Ohm.

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

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

As limitacións da Lei de Ohm

A continuación, discútense algúnsas limitacións da Lei de Ohm.

A Lei de Ohm non se aplica a todos os condutores non metálicos. Por exemplo, para o carburo de silicio, a relación dáse por $V = KI^m$ onde K e m son constantes e m<1.
A Lei de Ohm non é aplicable aos seguintes elementos Non-Lineares.

Resistencia
Capacitancia
Semiconductores
Tubos de vacío
Electrolitos
Resistores de carbono
Lámpadas de arco
Diodo Zener

(Nota que os elementos non lineares son aqueles nos que a relación entre corrente e voltaxe é non linear, é dicir, a corrente non é exactamente proporcional á voltaxe aplicada.)

A lei de Ohm só é aplicável a conductores metálicos a temperatura constante. Se a temperatura cambia, a lei non é aplicable.
A lei de Ohm tamén non é aplicável a redes unilaterais. Nota que unha rede unilateral contén elementos unilaterais como transistores, díodos, etc. Os elementos unilaterais son aqueles que permiten o fluxo de corrente só en unha dirección.

Triángulo da Lei de Ohm

As fórmulas básicas da lei de Ohm resúmanse no triángulo da lei de Ohm.

Ohm’s Law Triangle.png

Problemas Prácticos da Lei de Ohm

Exemplo 1

Como se mostra no circuito a seguir, unha corrente de 4 A está fluindo a través dunha resistencia de 15 Ω. Determina a caída de voltaxe no circuito utilizando a lei de Ohm.

Solución:

Datos proporcionados: $I = 4\,\,A$ e $R = 15\,\,\Omega$

Segundo a lei de Ohm,

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

Así, usando a ecuación da lei de Ohm, obtemos unha caída de tensión no circuito de 60 V.

Exemplo 2

Como se mostra no circuito a seguir, aplícase unha tensión de alimentación de 24 V a través dunha resistencia de 12 Ω. Determine a corrente que circula polo resistor usando a lei de Ohm.

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

Solución:

Datos proporcionados: $V = 24\,\,V$ e $R = 12\,\,\Omega$

Segundo a lei de Ohm,

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

Así, utilizando a ecuación da lei de Ohm, obtemos que a corrente que circula polo resistor é 2 A.

Exemplo 3

Como se mostra no circuito seguinte, o voltaxe de alimentación é 24 V e a corrente que circula polo resistente descoñecido é 2 A. Determina o valor descoñecido do resistente utilizando a lei de Ohm.

Solución:

Datos proporcionados: $V = 24\,\,V$ e $I = 2\,\,A$

Segundo a lei de Ohm,

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

Así, usando a ecuación da lei de Ohm, obtemos o valor da resistencia descoñecida $12\,\,\Omega$ .

Aplicacións da Lei de Ohm

Algúns das aplicacións da lei de Ohm inclúen:

Calcular a diferenza de potencial ou voltaxe, a resistencia e o fluxo de corrente dun circuito eléctrico descoñecidos.
A lei de Ohm úsase en circuitos electrónicos para determinar a caída de tensión interna nos componentes electrónicos.
A lei de Ohm úsase en circuitos de medida de CC, particularmente en amperímetros de CC onde se usa unha deriva de baixa resistencia para desviar a corrente.

Fonte: Electrical4u

Aviso: Respeita o original, artigos bóis méritos de compartir, se hai infracción contacta para eliminar.