Ohmin laki sen antoi saksalainen fyysikko Georg Simon Ohm . Se ilmaisee virran, vastuksen ja jännitteen välisen suhteen sähköpiirissä. Kuuluisa saksalainen tiedemies Georg Simon Ohm antoi tämän suhteen virran I, jännitteen V ja resistanssin R välillä vuonna 1827. Hän havaitsi kokeitaan suorittaessaan, että johtimen läpi kulkevan virran ja johtimen resistanssin tulo määrää jännitehäviön. että johdin piirissä.

Tässä artikkelissa tutkimme Ohmin lain käsitettä yksityiskohtaisesti, mukaan lukien kaikki seuraavassa sisällysluettelossa mainitut aiheet.

Ohmin lain määritelmä

Ohmin laki sanoo, että johtimen yli kulkeva jännite on suoraan verrannollinen sen läpi kulkevaan virtaan, mikäli kaikki fyysiset olosuhteet ja lämpötilat pysyvät vakioina.

Täten Ohmin lain mukaan johtimen läpi kulkeva virta on suoraan verrannollinen piirin yli kulkevaan jännitteeseen, ts. V∝ I. Siten, koska Ohmin laki tarjoaa perussuhteen johtimen läpi syötetyn jännitteen ja virran välillä, sitä pidetään peruslakina, joka auttaa meitä käsittelemään sähköpiiriä. Ohmin laki sanoo, että virta seuraa lineaarista suhdetta jännitteeseen.

Ohmin lain selitys

Ohmin laki on yksi sähköstaattisen peruslaeista, jonka mukaan minkä tahansa johtimen jännite on suoraan verrannollinen kyseisessä johtimessa kulkevaan virtaan. Voimme määritellä tämän ehdon seuraavasti:

V∝ I

Suhteellisuusmerkin poistaminen,

V = RI

missä R on suhteellisuusvakio ja sitä kutsutaan materiaalin resistanssiksi. Materiaalin vastus lasketaan seuraavasti:

R = V/I

Resistanssi mitataan ohmeina. Se on merkitty symbolilla Ω.

Ohmin lain kaava

Edellyttäen, että kaikki fyysiset parametrit ja lämpötilat pysyvät vakioina, Ohmin laki sanoo, että johtimen yli kulkeva jännite on suoraan verrannollinen sen läpi kulkevaan virtaan.

Ohmin laki esitetään seuraavasti:

V∝ I

TAI

V = I × R

Missä,

• R on suhteellisuusvakio, joka tunnetaan nimellä vastus,
• SISÄÄN on käytetty jännite ja
• minä on sähköpiirin läpi kulkeva virta.

Yllä oleva kaava voidaan järjestää uudelleen laskemaan myös virta ja vastus seuraavasti:

Ohmin lain mukaan johtimen läpi kulkeva virta on

I = V / R

Vastaavasti vastus voidaan määritellä seuraavasti,

R = V/I

Ohmin lain kuvaaja

Ohmin laki pätee, kun fyysiset olosuhteet, kuten lämpötila ja muut, ovat vakioita. Tämä johtuu siitä, että piirin läpi kulkeva virta vaihtelee lämpötilan muutoksen mukaan. Siksi sellaisissa tapauksissa, kun fyysiset tekijät, kuten lämpötila, tulevat peliin, Ohmin laki rikkoo. Esimerkiksi hehkulamppu, jossa lämpötila nousee, kun sen läpi kulkeva virta nousee. Tässä Ohmin laki ei noudata.

Ohmisen piirin kaaviota käsitellään alla olevassa kuvassa,

Ohmin lakikaavio

Ohmin lain yksikkö

Ohmin lakiin liittyy kolme fyysistä määrää, jotka sisältävät

• Nykyinen
• Jännite
• Resistanssi

Alla lisätty taulukko näyttää eri symbolit ja niiden käytetyt yksiköt.

Ohmin lain yhtälöt

Ohmin laki tarjoaa kolme yhtälöä, jotka ovat:

• V = I × R
• I = V / R
• R = V / I

Missä,

• SISÄÄN on jännite,
• minä on nykyinen ja
• R on vastus.

Jännitteen, virran ja resistanssin välinen suhde: Ohmin laki

Jännitteen, virran ja resistanssin välistä suhdetta voidaan helposti tutkia kaavalla,

V = IR

Missä,

• SISÄÄN on jännite,
• minä on vastus, ja
• R on vastus.

Voimme tutkia tätä kaavaa alla olevan taulukon avulla,

Ohmin lain kolmio

Ohmin lain kolmio on visuaalinen esitys jännitteen, virran ja vastuksen välisen Ohmin lain suhteen ymmärtämiseksi ja oppimiseksi. Tämä työkalu auttaa insinöörejä muistamaan kolmen päätekijän välisen suhteen järjestyksen: virran (I), jännitteen (V) ja resistanssin (R).

Ohmin lain kolmio

Ohmin lain vektorimuoto

Virran ja jännitteen välinen suhde määritellään Ohmin lailla, ja sen vektorimuoto on

Missä,

• on virrantiheysvektori,
• on sähkökenttävektori ja
• s on materiaalin johtavuus.

Resistanssi

Estettä, jota elektronit kohtaavat liikkuessaan missä tahansa materiaalissa, kutsutaan materiaalin ominaisvastukseksi.

Olkoon vastuksen, jonka pituus on 'l' ja 'A':n poikkileikkauspinta-ala, resistanssi R. Silloin tiedämme,

Resistanssi on suoraan verrannollinen vastuksen pituuteen, eli R ∝ l, . . .(1)

Resistanssi on kääntäen verrannollinen vastuksen poikkipinta-alaan, eli R ∝ 1/A . . .(2)

yhdistämällä ekv. (1) ja yhtälö (2)

R = ρl / A

Missä r on suhteellisuusvakio, jota kutsutaan vastus- tai resistanssikertoimeksi.

Nyt jos L = 1 m ja A = 1 m², yllä olevassa kaavassa saamme,

R = ρ

Tämä tarkoittaa 1 m pituista ja 1 m poikkipinta-alaa olevaa vastusta²resistanssia kutsutaan materiaalin resistanssiksi.

Ohmin lain kokeellinen tarkastus

Ohmin lain varmistus saavutetaan suorittamalla seuraava koe.

lista javassa

Laitteet vaaditaan

Ohmin lain verifiointikokeen suorittamiseen tarvittava laite on,

• Vastus
• Ampeerimittari
• Volttimittari
• Akku
• Plug Key
• Reostaatti

Piirikaavio

Ohmin lain kokeellisen verifioinnin piirikaavio on alla olevassa kaaviossa,

Ohmin lain piirikaavio

Menettely

Ohmin lain kokeellinen tarkastusmenettely on mainittu alla:

• Avain K suljetaan aluksi ja reostaatti säädetään siten, että lukema ampeerimittarissa A ja volttimittarissa V on pienin.
• Tämän jälkeen virtaa lisätään piirissä säätämällä reostaattia, ja reostaatin eri arvoilla oleva virta ja niitä vastaava jännite tallennetaan.
• Nyt eri arvot jännitteen (V) ja virran (I) ja laske sitten suhde V/I.
• Laskettuamme kaikki V/I-suhteet jännitteen ja virran eri arvoille, huomaamme, että arvo on lähes vakio.
• Nyt piirtämällä kaavio virran potentiaalierosta, saamme suoran. Tämä osoittaa, että virta on suoraan verrannollinen potentiaalieroon ja sen kaltevuus on langan vastus.

Ohmin lain ympyräkaavio

Ymmärtääksemme paremmin eri parametrien välistä suhdetta voimme ottaa kaikki jännitteen, virran, resistanssin ja tehon löytämiseen käytetyt yhtälöt ja tiivistää ne yksinkertaiseen Ohmin lain ympyräkaavioon, kuten alla on esitetty:

Ohmin lain ympyräkaavio

Ohmin lain matriisitaulukko

Kuten yllä esitetyssä Ohmin lain ympyräkaaviossa, voimme tiivistää yksittäiset Ohmin lain yhtälöt yksinkertaiseksi matriisitaulukoksi alla esitetyllä tavalla, jotta niitä on helppo käyttää laskettaessa tuntematonta arvoa.

Ohmin lain matriisitaulukko

Ohmin lain sovellukset

Kun kaksi muuta numeroa tunnetaan, Ohmin lakia voidaan käyttää määrittämään lineaarisen sähköpiirin jännite, virta, impedanssi tai resistanssi.

Ohmin lain pääsovellukset:

• Se myös yksinkertaistaa teholaskelmia.
• Halutun jännitehäviön pitämiseksi sähkökomponenttien välillä käytetään Ohmin lakia.
• Sähköpiirin jännite, vastus tai virta on määritettävä.
• Ohmin lakia käytetään myös virran uudelleensuuntaamiseen DC-ampeerimittareissa ja muissa DC-shunteissa.

Kuinka muodostaa virran ja jännitteen suhde?

Suhde V⁄ I pysyy vakiona tietyllä resistanssilla, kun muodostetaan virta-jännite-yhteys, joten potentiaalieron (V) ja virran (I) käyrän on oltava suora.

Kuinka voimme löytää tuntemattomat vastusarvot?

Vakiosuhde määrittää tuntemattomat vastusarvot. Tasaisen poikkileikkauksen omaavan langan vastus riippuu pituudesta (L) ja poikkipinta-alasta (A). Se riippuu myös johtimen lämpötilasta.

Resistanssi tietyssä lämpötilassa,

R = ρ L⁄ A

missä,
r on ominaisvastus tai resistanssi ja se on lankamateriaalin ominaisuus.

Lankamateriaalin ominaisresistanssi tai -resistanssi on,

ρ = RA ⁄ L

Sähkötehon laskeminen Ohmin lain avulla

Määrittelemme sähkötehon tehoksi, jota sähkövaraukset tarvitsevat erilaisten töiden suorittamiseen. Sähköenergian kulutusnopeutta kutsutaan sähkötehoksi. Sähkötehon mittayksikkö on watti. Ohmin lain avulla voimme helposti löytää sähköpiirin tehon. Kaava sähkötehon laskemiseksi on

P = VI

Missä,

P on piirin teho, V on piirin jännite ja I on piirin läpi kulkeva virta.

Tiedämme, että Ohmin lain avulla

V = IR

Käyttämällä tehokaavaa saamme,

P = V²/R

P = I²R

Ohmin lain rajoitukset

Ohmin lain erilaisia ​​rajoituksia ovat mm.

• Ohmin laki ei päde yksipuolisiin verkkoihin. Virta voi virrata vain yhteen suuntaan yksipuolisissa verkoissa. Diodeja, transistoreita ja muita elektronisia komponentteja käytetään tämän tyyppisissä verkoissa.
• Epälineaariset komponentit ovat myös vapautettu Ohmin laista. Epälineaarisilla komponenteilla on virta, joka ei ole verrannollinen käytettyyn jännitteeseen, mikä tarkoittaa, että näiden elementtien vastusarvo vaihtelee jännitteen ja virran mukaan. Tyristori on esimerkki epälineaarisesta elementistä.

Ohmin lain analogioita

Ohmin lain selittämiseen on aiemmin annettu erilaisia ​​analogioita, joista yleisimpiä ovat:

• Vesiputken analogia
• Lämpötilan analogia

Keskustelemme näistä analogioista yksityiskohtaisesti.

Vesiputken analogia Ohmin laille

Tiedämme, että minkä tahansa piirin läpi kulkeva virta riippuu käytetystä jännitteestä ja piirin resistanssista. Mutta voimme nähdä virran virtaavan piirin läpi, ymmärtääksemme sitä paremmin käytämme vesiputkianalogiaa, jossa virtaava vesi edustaa virtaa ja voimme ymmärtää Ohmin lain käyttämällä tätä käsitettä.

Putkien läpi virtaava vesi on samanlainen kuin sähköpiirin läpi kulkeva virta. Tiedämme, että sähköpiirissä jännitettä vaaditaan siirtämään virtaa piirissä samalla tavalla. Vesiputkijärjestelmän paine mahdollistaa veden virtauksen helposti järjestelmässä.

Jos painetta nostetaan, putken läpi virtaa enemmän vettä, joka muistuttaa Ohmin lakia, jonka mukaan jännitettä nostetaan, enemmän virtaa virtaa sähköpiirin läpi.

lista solmu javassa

Lämpötilan analogia

Samoin lämpötilapiiriä voidaan verrata ohmiseen johtimeen. Tässä lämpötilagradientti toimii samalla tavalla kuin jännite, ja lämpövirta toimii samalla tavalla kuin virta.

Lue lisää,

• Resistanssi
• Vastustuskykyyn vaikuttavat tekijät
• Itseinduktanssi

Ratkaistiin esimerkkejä Ohmin laista

Esimerkki 1: Etsi sähköpiirin resistanssi, jonka jännite on 15 V ja virta 3 mA.

Ratkaisu:

Annettu:

V = 15 V,

I = 3 mA = 0,003 A

Sähköpiirin resistanssi ilmoitetaan seuraavasti:

⇒ R = V / I

⇒ R = 15 V / 0,003 A
⇒ R = 5000 Ω
⇒ R = 5 kΩ

Näin ollen sähköpiirin vastus on 5 kΩ .

Esimerkki 2: Jos sähköraudan resistanssi on 10 Ω ja vastuksen läpi kulkee 6 A virta. Etsi jännite kahden pisteen välillä.

Ratkaisu:

Annettu:

I = 6 A, R = 10 Ω

Kaava jännitteen laskemiseksi annetaan seuraavasti:

V = I × R

⇒ V = 6 A × 10 Ω
⇒ V = 60 V

Näin ollen kahden pisteen välinen jännite on 60 V .

Esimerkki 3: Etsi johtimen läpi kulkeva virta, joka vetää 20 volttia, kun sen käyttämä teho on 60 wattia.

Ratkaisu:

Ohmin P = VI mukaan

Kun P = 60 wattia, V = 20 volttia

⇒ I = P/V
⇒ I = 60/20
⇒ I = 3 A

Näin ollen johtimen läpi kulkeva virta on 3 A

Esimerkki 4: 6 V:n akku on kytketty 4 Ω:n resistanssin lamppuun. Etsi lampun läpi kulkeva virta ja piirin teho.

Ratkaisu:

Annettu,
V = 6 V
R = 4 Ω

Tiedämme sen,

V = IR (Ohmin laki)

⇒ 6 = 4R

⇒ I = 6 ÷ 4 = 1,5 A

⇒ I = 1,5 A

Siten lampun läpi kulkeva virta on 1,5 A

Piirin tehon vuoksi

P = VI

⇒ P = (6)(1.5)

⇒ P = 9 wattia

Näin ollen piirin teho on 9 wattia.

Usein kysyttyä Ohmin laista

Q1: Mikä on Ohmin laki?

Vastaus:

Ohmin lain mukaan johtimen läpi kulkeva virta on suoraan verrannollinen potentiaalieroon johtimen päässä, jos lämpötila ja muut fysikaaliset olosuhteet eivät muutu.

Q2: Kuka löysi Ohmin lain?

Vastaus:

Saksalainen fyysikko Georg Simon Ohm oli ensimmäinen, joka selitti Ohmin lain. Hän totesi, että johtimen läpi kulkeva virta on suoraan verrannollinen syötettyyn jännitteeseen.

Q3: Onko Ohmin laki yleisesti sovellettava?

Vastaus:

Ei Ohmin laki ei ole universaali laki, koska sitä ei voida soveltaa kaikkiin sähköpiireihin.

• Ohmin lakia noudattavia piirejä kutsutaan ohmisiksi piireiksi
• Piirejä, jotka eivät noudata Ohmin lakia, kutsutaan ei-ohmisiksi piireiksi

Q4: Milloin Ohmin laki löydettiin?

Vastaus:

Ohmin lain esitti ensimmäisenä Georg Simon Ohm kirjassaan The Galvanic Chain, Mathematically Edited vuonna 1827.

Q5: Mikä on vastuksen yksikkö?

Vastaus:

Resistanssin SI-yksikkö on ohmi. Se on merkitty Ω:lla.

c++ muuntaa in merkkijonoksi

Q6: Mikä on vastuksen ulottuvuuskaava?

Vastaus:

Resistanssin mittakaava on [M¹L²T^-3minä^-2]

K7: Miksi Ohmin laki ei koske puolijohteita?

Vastaus:

Puolijohtavat laitteet ovat luonteeltaan epälineaarisia, minkä vuoksi Ohmin laki ei päde niihin. Tämä osoittaa, että jännite-virta-suhde ei pysy vakiona jännitteen muuttuessa.

Q8: Milloin Ohmin laki epäonnistuu?

Vastaus:

Puolijohteiden ja yksipuolisten laitteiden, kuten diodien, käyttäytyminen määrittelee Ohmin lain. Jos fysikaalisia tekijöitä, kuten lämpötilaa ja painetta, ei pidetä vakiona, Ohmin laki ei välttämättä tarjoa haluttuja vaikutuksia.