Ohma likums: Kā tas darbojas (formula un Ohma likuma trīsstūris)

Electrical4u

Lauks: Pamata elektrotehnika

China

Kas ir Omā likums?

Omā likums nosaka, ka elektriskais strāvas plūsma, kas plūst cauri jebkurai vadītājam, ir tieši proporcionāla potenciālā atšķirnei (spriegumam) tā galos, pieņemot, ka vadītāja fiziskās apstākļi nemainās.

Citiem vārdiem sakot, starpības attiecība starp potenciālo atšķirni starp jebkuriem diviem vadītāja punktiem un to starpā plūstošo strāvu ir konstanta, ja fiziķu apstākļi (piemēram, temperatūra utt.) nemainās.

Matemātiski Omā likumu var izteikt šādi,

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

Ieviešot proporcionalitātes konstanti, pretinātvedību R šajā vienādojumā, mēs iegūstam,

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

Kur,

R ir vadītāja pretinātvedība Ohm ( $\Omega$ ),

I ir strāva caur vadišanās līdzekli Amperos (A),

V ir spriegums vai potenciāla atšķirība, kas mērīta caur vadišanās līdzekli Voltos (V).

Ohma likme piemērojama gan GK, gan MK.

Attiecības starp potenciāla atšķirību vai spriegumu (V), strāvu (I) un pretestību (R) elektriskajā šķērsējā tika atklātas pirmo reizi vācu fizikus Džordža Simonu Ohmu.

Pretestība mērvienība ir Ohms ( $\Omega$ ) tika nosaukta godā Džordža Simonu Ohmam.

Kā darbojas Ohma likums?

Saskaņā ar Ohma likuma definīciju, strāva, kas plūst caur vadišanās līdzekli vai pretestību starp diviem punktiem, ir tieši proporcionāla sprieguma (vai potenciāla atšķirības) atšķirībai caur vadišanās līdzekli vai pretestību.

Bet… tas var būt daudz sarežģītāks, lai to saprastu.

Tādēļ, lai labāk izprastu Ohma likumu, izmantojam dažas analoģijas.

Analogija 1

Iedomājieties ūdens tvertni, kas atrodas noteiktā augstumā virs zemes. Tvertnes apakšā ir caurule, kā parādīts zemāk esošajā attēlā.

Analogy 1.png

Caurules gals pascālos izveidojamais ūdens spiediens ir analogs elektriskajam līmeņam vai potenciāla atšķirībai elektriskā šķērslē.
Ūdens plūsmas daudzums litros sekundē ir analogs elektriskajam strāvienam kuļonos sekundē elektriskā šķērslē.
Apgrūtinātāji, piemēram, atvernes, kas ievietotas caurulē starp diviem punktiem, ir analoģiski rezistoriem elektriskā šķērslē.

Tātad, ūdens plūsmas daudzums caur atverni ir proporcionāls ūdens spiediena atšķirībai caur atverni.

Līdzīgi, elektriskā šķērslē strāve, kas plūst caur vadaču vai rezistoru starp diviem punktiem, ir tieši proporcionāla līmeņa vai potenciāla atšķirībai caur vadaču vai rezistoru.

Varam arī teikt, ka pretspiediens ūdens plūsmai ir atkarīgs no caurules garuma, caurules materiāla un tvertnes novietojuma augstumā virs zemes.

Ohma likums darbojas līdzīgi elektriskā šķērslē, tāpat kā elektriskais pretspiediens, kas piedāvāts strāvei, ir atkarīgs no vadača garuma un izmantotā vadača materiāla.

Analogija 2

Zemāk esošajā attēlā ir parādīta vienkārša analogija starp hidraulisko ūdens sistēmu un elektrisko šķērslē, lai aprakstītu, kā darbojas Ohma likums.

Analogy 2.png Analogy 2.2.png

Kā parādīts, ja ūdens spiediens ir nemainīgs, bet apgrūtinājums palielinās (padarot grūtāku ūdens plūsmu), tad ūdens plūsmas daudzums samazinās.

Līdzīgi, elektriskā šķērslē, ja līmenis vai potenciāla atšķirība ir nemainīga, bet pretspiediens palielinās (padarot grūtāku strāves plūsmu), tad elektriskā lādiņa plūsmas daudzums, t.i., strāve, samazinās.

Tagad, ja ūdens plūsmas ierobežojums ir konstants un pumpa pieauga, tad ūdens plūsma palielinās.

Līdzīgi elektriskajā šķēršļa tīklā, ja rezistences vērtība ir nemainīga un potenciālais atšķiruma vai sprieguma vērtība palielinās, tad elektriskā lādējuma plūsmas ātrums, t.i., strāva, palielinās.

Ohma likuma formula

Sprieguma vai potenciālā atšķiruma, strāvas un rezistences attiecības var izteikt trīs dažādos veidos.

Ja mēs zinām divas vērtības, mēs varam aprēķināt trešo nezināmo vērtību, izmantojot Ohma likuma attiecības. Tādējādi Ohma likums ir ļoti noderīgs elektronikas un elektriskos formulējumos un aprēķinos.

Ja zināma elektrostrāva plūst caur zināmu rezistenci, tad šķēršļa malā izveidojanās sprieguma kritums var aprēķināt, izmantojot attiecību

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

Ja zināms spriegums tiek piemērots caur zināmu rezistenci, tad caur šo rezistenci plūstošo strāvu var aprēķināt, izmantojot attiecību

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

Ja zināma sprieguma vērtība tiek piemērota nezināmai pretestībai un arī ir zināms strāvas plūsma caur šo pretestību, tad nezināmās pretestības vērtību var aprēķināt pēc sakara

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

Omā likuma formula jaudai

Pārnesejamā jauda ir piegādes sprieguma un elektriskās strāvas reizinājums.

Tagad, ievietojot $V = I * R$ vienādojumā (1), mēs iegūstam,

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

Šī formula pazīstama kā ohma zudējuma formula vai pretestības sildīšanas formula.

Tagad ievadiet $I = \frac{V}{R}$ formulu (1) un iegūstam,

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

No šīs attiecības mēs varam noteikt jaudas izplatīšanos pretestībā, ja ir zināms gan spriegums, gan pretestība, vai arī strāva un pretestība.

Mēs varam arī noteikt nezināmo pretestības vērtību, izmantojot šo attiecību, ja ir zināms vai nu spriegums, vai strāva.

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

Ja ir zināmas divas no šādām mainīgajām: jauda, spriegums, strāva un pretestība, tad, izmantojot Ohma likumu, mēs varam noteikt pārējās divas mainīgās.

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

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

Ohma likuma ierobežojumi

Zemāk ir apspriesti daži no Ohma likuma ierobežojumiem.

Ohma likums nav piemērojams visiem nemetāliskajiem vadiļiem. Piemēram, silicijakarbīdam attiecība ir dota ar $V = KI^m$ , kur K un m ir konstantes un m<1.
Ohma likums nav piemērojams šādiem nelīnējiem elementiem.

Rezistors
Kondensators
Poluprovodņiks
Vakuumpūķis
Elektrolīts

Uglekļa rezistori

Lokas līgtas

Zener diode

(Piezīme: Nelineārie elementi ir tādi, kurus saistība starp strāvumu un spriegumu ir nelineāra, t.i., strāvums nav tieši proporcionāls piemērotajam spriegumam.)

Ohma likums attiecas tikai uz metāla vedņiem nemainīgā temperatūrā. Ja temperatūra mainās, likums nav piemērojams.
Ohma likums nav piemērojams arī vienpusējiem tīkliem. Piezīme: Vienpusējā tīklā atrodas vienpusējie elementi, piemēram, tranzistori, diodi u.c. Vienpusējie elementi ļauj strāvuma plūsmu tikai vienā virzienā.

Ohma likuma trijstūris

Ohma likuma pamatformulas ir apkopotas zemāk minētajā Ohma likuma trijstūrī.

Ohm’s Law Triangle.png

Ohma likuma prakses problēmas

Piemērs 1

Kā parādīts zemāk esošajā shēmā, caur 15 Ω rezistenci plūst 4 A strāvums. Izmantojot Ohma likumu, noteiciet šīs shēmas sprieguma kritumu.

Risinājums:

Dota dati: $I = 4\,\,A$ un $R = 15\,\,\Omega$

Pēc Omā likuma,

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

Tātad, izmantojot Omā likuma vienādojumu, mēs iegūstam spriegumu šķērsojumā 60 V.

Piemērs 2

Kā parādīts zemāk esošajā shēmā, uz 12 Ω rezistences tiek piestiprināts 24 V piegādes spriegums. Izvērtējiet, kāds strāva plūst caur rezistenci, izmantojot Omā likumu.

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

Risinājums:

Dotāti dati: $V = 24\,\,V$ un $R = 12\,\,\Omega$

Pēc Oma likuma,

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

Tātad, izmantojot Oma likuma vienādojumu, mēs iegūstam, ka strāva caur rezistoru ir 2 A.

Piemērs 3

Kā redzams zemāk esošajā shēmā, piegādes spriegums ir 24 V, un strāva, kas plūst caur nezināmo rezistenci, ir 2 A. Izpratnē Oma likuma nosakiet nezināmo rezistences vērtību.

Risinājums:

Dotāti dati: $V = 24\,\,V$ un $I = 2\,\,A$

Pēc Oma likuma,

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

Tātad, izmantojot Oma likumu, mēs iegūstam nezināmo rezistīvā vērtību $12\,\,\Omega$ .

Oma likuma pielietojumi

Daži no Oma likuma pielietojumiem ietver:

Lai aprēķinātu nezināmo potenciālvoltāžu, reitance vai strāvas plūsmu elektroapgādes tīklā.
Oma likums tiek izmantots elektroniskajos tīklos, lai noteiktu iekšējo sprieguma kritumu pa elektroniskajiem komponentiem.
Oma likums tiek izmantots DC mērīšanas tīklos, īpaši DC ampermetros, kur tiek izmantota zema reitancis šunta, lai novirzītu strāvu.

Avots: Electrical4u

Paziņojums: Cienījam oriģinālo, labas raksti vērts dalīties, jādzēš pārkāpumus.