Ohm törvénye: Működése (Képlet és Ohm-háromszög)

Electrical4u

Mező: Alapvető Elektrotechnika

China

Mi az Ohm törvénye?

Az Ohm törvénye kimondja, hogy a bármely vezető által keresztülhaladó elektromos áram arányos a végpontjai közötti potenciális különbséggel (feszültséggel), feltéve, hogy a vezető fizikai állapota nem változik.

Más szavakkal, a vezető bármely két pontja közötti potenciális különbség és rajtuk áthaladó áram aránya állandó, amennyiben a fizikai feltételek (pl. hőmérséklet stb.) nem változnak.

Matematikailag, az Ohm törvény így fejezhető ki,

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

A sorproporcionalitási konstans, a fenti egyenletben a ellenállás R bevezetésével kapjuk:

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

Ahol,

R a vezető ellenállása ohmban ( $\Omega$ ),
I az áram a vezetőn keresztül amperben (A) mérve,
V a feszültség vagy potenciális különbség a vezető végpontjai között voltban (V).

Ohm törvénye érvényes mind DC-re, mind AC-re.

A potenciális különbség vagy feszültség (V), a áram (I) és a ellenállás (R) kapcsolata egy elektromos áramkörben először a német fizikus George Simon Ohm fedezte fel.

Az ellenállás mértékegysége ohm ( $\Omega$ ) nevét George Simon Ohm tiszteletére adták.

Hogyan működik Ohm törvénye?

Ohm törvénye szerint az áram, ami egy vezetőn vagy ellenállásban áramlik, arányos a feszültség (vagy potenciális különbség) különbséggel a vezető vagy ellenállás végpontjai között.

De… ez lehet kissé nehéz megérteni.

Tehát adjunk jobb intuitív képet Ohm törvényéről analogiák segítségével.

Analógiának 1

Vegyünk egy víztartályt, amely bizonyos magasságban helyezkedik a talaj felett. A víztartály alján van egy csövő, ahogyan az alábbi képen látható.

Analogy 1.png

A csövő végén lévő víznyomás paszkálban analógiája az elektromos áramkörben a feszültségnek vagy potenciális különbségnek.
A vízfolyam mennyisége liter per szekundumban analógiája az elektromos áramnak coulomb per szekundumban az elektromos áramkörben.
A vízfolyam korlátozói, mint például a csövekben lévő nyílások, analógiája az ellenállásoknak az elektromos áramkörben.

Így, a vízfolyam mennyisége a korlátozón keresztül arányos a víznyomás különbséggel a korlátozón keresztül.

Hasonlóképpen, az elektromos áramkörben az áram, amely áramlik a vezetőn vagy ellenállón keresztül, közvetlenül arányos a feszültség vagy potenciális különbséggel a vezető vagy ellenállón keresztül.

Ezenkívül azt is mondhatjuk, hogy a vízfolyam ellenállása függ a csöv hosszától, a csöv anyagától és a tartály magasságától a talaj felett.

Ohm törvénye hasonló módon hat az elektromos áramkörben, hogy az ellenállás, amit az áramfolyásnak ellenáll, függ a vezető hosszától és a vezető anyagától.

Analógiának 2

A hidraulikus víz áramköri és az elektromos áramkör közötti egyszerű analógiát mutatja, hogyan működik Ohm törvénye, az alábbi képen.

Analogy 2.png Analogy 2.2.png

Ahogyan látható, ha a víznyomás állandó, és a korlátozás növekszik (ami nehezebbé teszi a víz folyását), akkor a vízfolyam mennyisége csökken.

Hasonlóképpen, az elektromos áramkörben, ha a feszültség vagy potenciális különbség állandó, és az ellenállás növekszik (ami nehezebbé teszi az áram folyását), akkor az áram mennyisége csökken.

Most, ha a víz áramlásának korlátozása állandó, és a csapágy nyomása nő, akkor a víz áramlásának sebessége is nő.

Hasonlóképpen, egy elektromos körben, ha az ellenállás állandó, és a potenciális különbség vagy feszültség nő, akkor az elektromos töltés áramlásának sebessége, azaz a mennyiség növekszik.

Ohm törvénye képlet

A feszültség vagy potenciális különbség, az áram és az ellenállás közötti összefüggést három különböző módon írhatjuk le.

Ha bármelyik két értéket ismerjük, akkor a harmadik ismeretlen értéket kiszámolhatjuk Ohm törvényének kapcsolatának felhasználásával. Így Ohm törvénye nagyon hasznos az elektronikai és elektrotechnikai képletekben és számításokban.

Amikor ismert elektromos áram áramlik ismert ellenálláson keresztül, akkor a ellenállásra eső feszültség-lehullást a következő összefüggés alapján számolhatjuk:

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

Amikor ismert feszültséget alkalmazunk ismert ellenállásra, akkor az ellenálláson átmenő áramot a következő összefüggés alapján számolhatjuk:

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

Amikor ismert feszültséget alkalmazunk egy ismeretlen ellenállásra, és a keresztüláramló áram is ismert, akkor az ismeretlen ellenállás értékét a következő összefüggés alapján számolhatjuk ki

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

Ohm törvénye teljesítményre vonatkozó képlete

A teljesítmény a tápegység feszültségének és az áramerősségnek a szorzata.

Most, helyezzük be $V = I * R$ az (1) egyenletbe, és kapjuk:

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

Ez a képlet ismert az ohmi veszteségként vagy ellenállásos fűtési képletnek.

Most, ha behelyettesítjük $I = \frac{V}{R}$ a (1) egyenletbe, akkor kapjuk:

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

A fenti összefüggés segítségével meghatározhatjuk a teljesítmény elvesztését az ellenállásban, ha ismerjük a feszültséget és az ellenállást, vagy a áramot és az ellenállást.

A fenti összefüggés segítségével meghatározhatjuk az ismeretlen ellenállás értékét, ha ismerjük a feszültséget vagy az áramot.

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

Ha ismerjük a teljesítmény, feszültség, áram és ellenállás közötti két változót, akkor Ohm törvényének segítségével meghatározhatjuk a másik kettőt.

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

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

Ohm törvényének korlátai

Az alábbiakban néhány Ohm törvényére vonatkozó korlátról beszélünk.

Ohm törvénye nem érvényes minden nem fémvezető esetén. Például a szilíciumkarbid esetében a kapcsolatot a következőképpen adhatjuk meg: $V = KI^m$ ahol K és m állandók, és m<1.
Ohm törvénye nem alkalmazható a következő nemlineáris elemekre:

Ellenállás
Kapacitás
Félvezetők
Vakuumpohárak
Elektrolitok
Szénalapú ellenállások
Ív lámpák
Zener-diod

(Jegyezzük meg, hogy a nemlineáris elemek olyan elemek, amelyekben az áram és a feszültség közötti kapcsolat nemlineáris, azaz az áram nem pontosan arányos az alkalmazott feszültséggel.)

Az Ohm-törvény csak konstans hőmérsékletű fémvezetőkre érvényes. Ha a hőmérséklet változik, a törvény nem alkalmazható.
Az Ohm-törvény nem alkalmazható unilaterális hálózatokra sem. Jelölje meg, hogy egy unilaterális hálózat unilaterális elemeket tartalmaz, mint például tranzisztorok, diodák stb. A unilaterális elemek olyan elemek, amelyek csak egy irányban engedélyezik az áramfolyást.

Ohm-törvény háromszög

Az Ohm-törvény alapvető képleteit az alábbi Ohm-törvény háromszögben összefoglaljuk.

Ohm’s Law Triangle.png

Ohm-törvény gyakorló feladatok

Példa 1

A következő áramkörben 4 A áram folyik 15 Ω ellenálláson keresztül. Határozza meg az áramkörön lévő feszültségcsökkenést az Ohm-törvény segítségével.

Megoldás:

Adatok: $I = 4\,\,A$ és $R = 15\,\,\Omega$

Az Ohm-törvénnyel együtt,

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

Tehát, az Ohm-törvény egyenletének használatával kapjuk, hogy a körben lévő feszültségcsökkenés 60 V.

Példa 2

Ahogy az alábbi áramkörben látható, 24 V-os ellátófeszültséget alkalmaznak 12 Ω ellenállásra. Határozza meg az ellenálláson átmenő áramot az Ohm-törvény segítségével.

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

Megoldás:

Adatok: $V = 24\,\,V$ és $R = 12\,\,\Omega$

Az Ohm-törvénnyel,

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

Tehát az Ohm-törvény segítségével a rezisztáson áthaladó áram 2 A.

Példa 3

A következő áramkörben a tápegység feszültsége 24 V, és a rezisztáson áthaladó áram 2 A. Határozza meg az ismeretlen rezisztancia értékét az Ohm-törvény segítségével.

Megoldás:

Adatok: $V = 24\,\,V$ és $I = 2\,\,A$

Az Ohm-törvénnyel,

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

Így, az Ohm-törvény egyenletének használatával meghatározhatjuk a ismeretlen ellenállás értékét $12\,\,\Omega$ .

Az Ohm-törvény alkalmazásai

Az Ohm-törvény néhány alkalmazása:

Ismeretlen feszültség, ellenállás vagy áram számítása egy elektromos körben.
Az Ohm-törvény használata elektronikus áramkörökben, hogy meghatározza a belső feszültségcsökkenést az elektronikus alkatrészekön.
Az Ohm-törvény használata DC mérőáramkörökben, különösen DC ampermeterekben, ahol alacsony ellenállású elágazó használatos az áram elágaztatásához.

Forrás: Electrical4u

Megjegyzés: Tiszteletben tartsa az eredeti tartalmat, a jó cikkek megosztásra méltóak, ha jogi sértés történne, kérjük, lépjen kapcsolatba a törlésért.