Ohm’s Wet: Hoe het werkt (Formule en Ohm’s Wet Driehoek)

Electrical4u

Veld: Basis Elektrotechniek

China

Wat is Ohm's Wet?

Ohm's wet stelt dat de elektrische stroom die door een geleider stroom, recht evenredig is met het potentiaalverschil (spanning) tussen de eindpunten ervan, mits de fysieke omstandigheden van de geleider niet veranderen.

Met andere woorden, het verhouding van het potentiaalverschil tussen twee punten van een geleider tot de stroom die tussen hen stroomt, is constant, mits de fysieke omstandigheden (bijv. temperatuur, enz.) niet veranderen.

Wiskundig kan Ohm's wet worden uitgedrukt als,

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

Door de evenredigheidsconstante, de weerstand R in de bovenstaande vergelijking, in te voeren, krijgen we,

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

Waarbij,

R is de weerstand van de geleider in Ohm ( $\Omega$ ),
I is de stroom door de geleider in Amperes (A),
V is het voltage of potentiaalverschil gemeten over de geleider in Volts (V).

Ohm's wet is van toepassing op zowel gelijkstroom als wisselstroom.

De relatie tussen het potentiaalverschil of voltage (V), de stroom (I) en de weerstand (R) in een elektrisch circuit werd voor het eerst ontdekt door de Duitse natuurkundige George Simon Ohm.

De eenheid van weerstand is Ohm ( $\Omega$ ) genoemd naar George Simon Ohm.

Hoe werkt Ohm's wet?

Volgens de definitie van Ohm's wet is de stroom die door een geleider of weerstand loopt, recht evenredig met het potentiaalverschil (of voltage) over de geleider of weerstand.

Maar... dat kan een beetje moeilijk te begrijpen zijn.

Laten we dus een beter intuïtief gevoel krijgen voor Ohm's wet door gebruik te maken van enkele analogieën.

Analogy 1

Stel je voor dat er een watertank op een bepaalde hoogte boven de grond staat. Er is een slang aan de onderkant van de watertank, zoals in de afbeelding hieronder te zien is.

Analogy 1.png

De waterdruk in pascal aan het einde van de slang is analoog aan de spanning of potentiaalverschil in een elektrisch circuit.
Het waterdebiet in liters per seconde is analoog aan de elektrische stroom in coulomb per seconde in een elektrisch circuit.
De restricties voor de waterstroom, zoals openingen in leidingen tussen twee punten, zijn analoog aan de weerstanden in een elektrisch circuit.

Dus, het waterdebiet door een restrictie is evenredig met het verschil in waterdruk over de restrictie.

Op dezelfde manier is in een elektrisch circuit de stroom die door een geleider of weerstand loopt tussen twee punten direct evenredig met het verschil in spanning of potentiaalverschil over de geleider of weerstand.

We kunnen ook zeggen dat de weerstand die wordt geboden aan de waterstroom afhangt van de lengte van de leiding, het materiaal van de leiding en de hoogte van de tank boven de grond.

Ohm's wet werkt op vergelijkbare wijze in een elektrisch circuit, waarbij de elektrische weerstand die wordt geboden aan de stroomafvoer afhangt van de lengte van de geleider en het materiaal van de geleider.

Analogy 2

Een eenvoudige analogie tussen het hydraulische watercircuit en het elektrische circuit om uit te leggen hoe Ohm's wet werkt, is weergegeven in de afbeelding hieronder.

Analogy 2.png Analogy 2.2.png

Zoals getoond, als de waterdruk constant is en de restrictie toeneemt (waardoor het moeilijker wordt voor het water om te stromen), dan neemt het waterdebiet af.

Op dezelfde manier, in een elektrisch circuit, als de spanning of potentiaalverschil constant is en de weerstand toeneemt (waardoor het moeilijker wordt voor de stroom om te stromen), dan neemt het debiet van elektrische lading, d.w.z. de stroom, af.

Als de beperking van de waterstroom constant is en de pompdruk toeneemt, neemt de snelheid van de waterstroom toe.

Op dezelfde manier, in een elektrisch circuit, als de weerstand constant is en het potentiaalverschil of de spanning toeneemt, dan neemt de snelheid van de stroom van elektrische lading, dat wil zeggen, de stroom, toe.

Ohm’s Wet Formule

De relatie tussen spanning of potentiaalverschil, stroom en weerstand kan op drie verschillende manieren worden geschreven.

Als we twee waarden kennen, kunnen we de derde onbekende waarde berekenen met behulp van de relatie volgens Ohm's wet. Daarom is Ohm's wet zeer nuttig in elektronica en elektrische formules en berekeningen.

Wanneer een bekende elektrische stroom door een bekende weerstand loopt, kan het spanningsval over de weerstand worden berekend met de relatie

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

Wanneer een bekende spanning wordt aangebracht over een bekende weerstand, kan de stroom die door de weerstand loopt worden berekend met de relatie

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \,\, i.e., \,\, Stroom = \frac{Spanningsverschil}{Weerstand} \end{align*}$

Wanneer een bekende spanning over een onbekende weerstand wordt aangelegd en de stroom die door de weerstand loopt ook bekend is, kan de waarde van de onbekende weerstand worden berekend aan de hand van de relatie

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \,\, i.e., \,\, Weerstand = \frac{Spanningsverschil}{Stroom} \end{align*}$

Ohm's Wet Formule voor Vermogen

Het vermogen dat wordt overgebracht is het product van de voedingsspanning en de elektrische stroom.

Nu, plaats $V = I * R$ in vergelijking (1) krijgen we,

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

Deze formule staat bekend als de ohmische verliesformule of weerstandswarmteformule.

Nu, plaats $I = \frac{V}{R}$ in vergelijking (1) krijgen we,

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

Uit deze relatie kunnen we de vermogensdissipatie in een weerstand bepalen als zowel de spanning en de weerstand of de stroom en de weerstand bekend zijn.

We kunnen ook de onbekende weerstandswaarde bepalen door gebruik te maken van de bovenstaande relatie als de spanning of de stroom bekend is.

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

Als twee variabelen van vermogen, spanning, stroom en weerstand bekend zijn, dan kunnen we met behulp van Ohms wet de andere twee variabelen bepalen.

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

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

De beperkingen van Ohm's wet

Hieronder worden enkele beperkingen van Ohm's wet besproken.

Ohm's wet is niet van toepassing op alle niet-metallische geleiders. Bijvoorbeeld, voor siliconcarbide wordt de relatie gegeven door $V = KI^m$ waarbij K en m constanten zijn en m<1.
Ohm's wet is niet van toepassing op de volgende niet-lineaire elementen.

Weerstand
Capaciteit
Halfgeleiders
Vacuümbuizen
Elektrolyten
Koolstofweerstanden
Bogelampen
Zenerdiode

(Let op dat niet-lineaire elementen die zijn waarin het verband tussen stroom en spanning niet-lineair is, d.w.z. de stroom is niet exact evenredig met de aangebrachte spanning.)

De wet van Ohm is alleen van toepassing op metalen geleiders bij constante temperatuur. Als de temperatuur verandert, is de wet niet van toepassing.
De wet van Ohm is ook niet van toepassing op unilaterale netwerken. Let op dat een unilateraal netwerk unilaterale elementen bevat zoals transistors, dioden, enz. Unilaterale elementen zijn elementen die stroomtoestroming alleen in één richting toestaan.

Ohm’s Wet Driehoek

De basisformules voor Ohm’s wet worden samengevat in de Ohm’s wet driehoek.

Ohm’s Law Triangle.png

Oefeningen Ohm’s Wet

Voorbeeld 1

Zoals getoond in het onderstaande circuit, stroomt er een stroom van 4 A door een weerstand van 15 Ω. Bepaal de spanning over het circuit met behulp van Ohm’s wet.

Oplossing:

Gegeven gegevens: $I = 4\,\,A$ en $R = 15\,\,\Omega$

Volgens de wet van Ohm,

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

Dus, door gebruik te maken van de vergelijking van de wet van Ohm, krijgen we een spanning van 60 V over het circuit.

Voorbeeld 2

Zoals getoond in het onderstaande schema, wordt een voedingsspanning van 24 V aangebracht over een weerstand van 12 Ω. Bepaal de stroom die door de weerstand loopt met behulp van de wet van Ohm.

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

Oplossing:

Gegevens: $V = 24\,\,V$ en $R = 12\,\,\Omega$

Volgens de wet van Ohm,

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

Dus, door gebruik te maken van de vergelijking van Ohm, krijgen we dat de stroom door de weerstand 2 A is.

Voorbeeld 3

Zoals in het onderstaande schema getoond, is de voedingsspanning 24 V en de stroom door de onbekende weerstand 2 A. Bepaal de onbekende waarde van de weerstand met behulp van de wet van Ohm.

Oplossing:

Gegevens: $V = 24\,\,V$ en $I = 2\,\,A$

Volgens de wet van Ohm,

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

Dus, door gebruik te maken van de wet van Ohm, krijgen we de onbekende weerstandswaarde $12\,\,\Omega$ .

Toepassingen van de wet van Ohm

Enkele toepassingen van de wet van Ohm zijn:

Om de onbekende potentiaalverschil of spanning, weerstand en stroom in een elektrisch circuit te berekenen.
De wet van Ohm wordt gebruikt in elektronische circuits om het interne spanningsval over elektronische componenten te bepalen.
De wet van Ohm wordt gebruikt in DC-meetcircuits, met name in DC-ammeters waarbij een lage weerstandsschuif wordt gebruikt om de stroom af te leiden.

Bron: Electrical4u

Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de elkaar waard om te delen, indien er een inbreuk is contacteer dan voor verwijdering.