Ohms lov: Hvordan den fungerer (Formel og Ohms lov trekant)

Electrical4u

Felt: Grunnleggende elektrisitet

China

Hva er Ohms lov?

Ohms lov sier at den elektriske strømmen som flyter gjennom enhver leder er direkte proporsjonal med spenningsforskjellen (spenning) mellom dens ender, gitt at de fysiske forholdene til lederen ikke endres.

Med andre ord, forholdet mellom spenningsforskjellen mellom to punkter på en leder og strømmen som flyter mellom dem, er konstant, gitt at de fysiske forhold (f.eks. temperatur osv.) ikke endres.

Matematisk kan Ohms lov uttrykkes som,

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

Ved å introdusere proporsjonalitetskonstanten, motstanden R i ovennevnte ligning, får vi,

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

Der,

R er motstanden til lederen i ohm ( $\Omega$ ),

I er strømmen gjennom ledningen i Amperes (A),

V er spenningsforskjellen målt over ledningen i Volt (V).

Ohms lov er gyldig for både DC og AC.

Forholdet mellom spenningsforskjell eller spenning (V), strøm (I) og motstand (R) i et elektrisk kretssystem ble først oppdaget av den tyske fysikeren George Simon Ohm.

Enheten for motstand er Ohm ( $\Omega$ ) ble oppkalt etter George Simon Ohm.

Hvordan fungerer Ohms lov?

Ifølge definisjonen av Ohms lov, er strømmen som flyter gjennom en leder eller motstand mellom to punkter direkte proporsjonal med forskjellen i spenning (eller spenningsforskjell) over lederen eller motstanden.

Men… det kan være litt vanskelig å forstå.

Så la oss få en bedre intuitiv forståelse for Ohms lov ved hjelp av noen analogier.

Forligning 1

Tenk deg et vannbeholder plassert på en gitt høyde over bakken. Det er en slange nederst i vannbeholderen som vist i bildet under.

Analogy 1.png

Vanntrykket i pascal ved slanges enden er analogt med spenning eller potensialforskjell i et elektrisk kretssystem.
Vannstrømmen i liter per sekund er analog til elektrisk strøm i coulomb per sekund i et elektrisk kretssystem.
Begrensninger for vannstrømmen, som åpninger plassert i rør mellom to punkter, er analoge til motstander i et elektrisk kretssystem.

Dermed er vannstrømmen gjennom en aperturebegrenser proporsjonal med forskjellen i vanntrykk på begge sider av begrenseren.

På samme måte, i et elektrisk kretssystem, er strømmen som flyter gjennom en ledere eller motstander mellom to punkter direkte proporsjonal med forskjellen i spenning eller potensialforskjell på begge sider av ledere eller motstander.

Vi kan også si at motstanden til vannstrømmen avhenger av lengden på røret, materialen røret er laget av, og høyden på tanken plassert over bakken.

Ohms lov fungerer på samme måte i et elektrisk kretssystem, der elektrisk motstand til strømavvikling avhenger av lengden på lederen og materialet lederen er laget av.

Forligning 2

En enkel forligning mellom et hydraulisk vannkretssystem og et elektrisk kretssystem for å beskrive hvordan Ohms lov fungerer, vises i bildet under.

Analogy 2.png Analogy 2.2.png

Som vist, hvis vanntrykket er konstant og begrensningen øker (gjør det vanskeligere for vannet å strømme), så minker vannstrømmens hastighet.

På samme måte, i et elektrisk kretssystem, hvis spenningen eller potensialforskjellen er konstant og motstanden øker (gjør det vanskeligere for strømmen å strømme), så minker strømmens hastighet, altså elektriske ladning, det vil si, strøm, minker.

Nå, hvis begrensningen av vannstrøm er konstant, og pumpetrykket øker, øker vannstrømmens hastighet.

På samme måte, i et elektrisk kretssystem, hvis motstanden er konstant, og potensialforskjellen eller spenningen øker, vil strømstyrken øke.

Ohms lov formel

Forholdet mellom spenning eller potensialforskjell, strøm og motstand kan skrives på tre forskjellige måter.

Hvis vi kjenner to verdier, kan vi beregne den tredje ukjente verdien ved å bruke forholdet i Ohms lov. Dermed er Ohms lov svært nyttig i elektroniske og elektriske formler og beregninger.

Når en kjent elektrisk strøm flyter gjennom en kjent motstand, kan spenningstapet over motstanden beregnes ved forholdet

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

Når en kjent spenning er påført over en kjent motstand, kan strømmen som flyter gjennom motstanden beregnes ved forholdet

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \,\, i.e., \,\, Strøm = \frac{Potensialforskjell}{Motstand} \end{align*}$

Når et kjent spenning er anvendt over en ukjent motstand, og strømmen som går gjennom motstanden også er kjent, kan verdien av den ukjente motstanden beregnes ved hjelp av forholdet

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \,\, i.e., \,\, Motstand = \frac{Potensialforskjell}{Strøm} \end{align*}$

Ohms lov formel for effekt

Effekten som overføres er produktet av spenningen og elektrisk strøm.

Nå, sett inn $V = I * R$ i ligning (1) får vi,

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

Denne formelen er kjent som ohmsk tapformel eller resistiv varmeformel.

Nå, sett inn $I = \frac{V}{R}$ i ligning (1) får vi,

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

Fra denne sammenhengen kan vi bestemme effektfordelingen i motstand hvis enten spenning og motstand eller strøm og motstand er kjent.

Vi kan også bestemme den ukjente motstandsverdien ved å bruke denne sammenhengen hvis enten spenning eller strøm er kjent.

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

Hvis to av variablene effekt, spenning, strøm og motstand er kjent, kan vi bestemme de to andre variablene ved hjelp av Ohms lov.

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

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

Ohms lovering begrensninger

Noen av Ohms lovers begrensninger diskuteres nedenfor.

Ohms lov gjelder ikke for alle ikke-metalliske lederer. For eksempel, for silisiumkarbid, er forholdet gitt ved $V = KI^m$ der K og m er konstanter og m<1.
Ohms lov er ikke tilstede for følgende ikke-lineære elementer.

Motstand
Kapasitans
Halvledere
Vakuumrør
Elektrolytter
Kulstofmotstand
Buegløpelamper
Zenerdiod

(Merk at ikke-lineære elementer er de der relasjonen mellom strøm og spenning er ikke-lineær, det vil si, strømmen er ikke nøyaktig proporsjonal med den påførte spenningen.)

Ohms lov gjelder kun for metallledere ved konstant temperatur. Hvis temperaturen endres, er loven ikke lenger gyldig.
Ohms lov gjelder heller ikke for unilaterale nettverk. Merk at et unilateral nettverk inneholder unilaterale elementer som transistorer, dioder, etc. Unilaterale elementer er de elementene som tillater strømflyt bare i én retning.

Ohms lov trekant

De grunnleggende formlene for Ohms lov er summeret under Ohms lov trekant.

Ohm’s Law Triangle.png

Øvingsoppgaver for Ohms lov

Eksempel 1

Som vist i kretsen nedenfor, flyter en strøm på 4 A gjennom motstanden på 15 Ω. Bestem spenningsfall over kretsen ved hjelp av Ohms lov.

Løsning:

Gitt Data: $I = 4\,\,A$ og $R = 15\,\,\Omega$

Ifølge Ohms lov,

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

Dermed får vi ved hjelp av Ohms lov en spenningsfall på 60 V over kretsen.

Eksempel 2

Som vist i kretsen nedenfor, er det et strømforsyningsspenning på 24 V som er lagt over motstand på 12 Ω. Bestem strømmen gjennom motstanden ved hjelp av Ohms lov.

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

Løsning:

Gitt Data: $V = 24\,\,V$ og $R = 12\,\,\Omega$

Ifølge Ohms lov,

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

Dermed, ved å bruke Ohms lov, får vi at strømmen gjennom motstanden er 2 A.

Eksempel 3

Som vist i kretsen nedenfor, er spenningskilden 24 V, og strømmen som går gjennom ukjent motstand, er 2 A. Bestem den ukjente verdien av motstanden ved hjelp av Ohms lov.

Løsning:

Gitt Data: $V = 24\,\,V$ og $I = 2\,\,A$

Ifølge Ohms lov,

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

Ved bruk av Ohms lov, får vi verdien for den ukjente motstanden $12\,\,\Omega$ .

Anvendelser av Ohms lov

Noen av anvendelsene av Ohms lov inkluderer:

For å beregne det ukjente spenningsfallet eller strømmen i en elektrisk krets.
Ohms lov brukes i elektroniske kretser for å bestemme det interne spenningsfallet over elektroniske komponenter.
Ohms lov brukes i DC-målingskretser, spesielt i DC-ammeter, der en lav motstand shunt brukes for å omstyre strømmen.

Kilde: Electrical4u

Erklæring: Respektér originaliteten, godt innhold fortjener deling, ved krænking kontakt for sletting.