De Ohms lov, i sin makroskopiske form, indikerer det at spenningen og intensiteten til strømmen i en krets er direkte proporsjonal, mens motstanden er proporsjonalitetskonstanten. Ohms lov angir disse tre mengdene som henholdsvis V, I og R, og sier at: V = I.R.
På samme måte er Ohms lov generalisert til å omfatte kretselementer som ikke er motstandsdyktige i vekselstrømskretser, på denne måten tar den følgende form: V = I. Z.
Hvor Z er impedansen, som også representerer motstanden mot vekselstrømens passasje av et kretselement, for eksempel en kondensator eller en induktans.
Det skal bemerkes at ikke alle kretsmaterialer og -elementer er i samsvar med Ohms lov. De der den er gyldig kalles elementer ohmisk, og der det ikke blir oppfylt, er de ikke-ohmske eller ikke-lineær.
Vanlige elektriske motstander er av ohmsk type, men dioder og transistorer er ikke, siden forholdet mellom spenning og strøm ikke er lineært i dem..
Ohms lov skylder navnet den bayersk-fødte tyske fysikeren og matematikeren George Simon Ohm (1789-1854), som tilbrakte sin karriere med å studere oppførselen til elektriske kretser. Enheten for elektrisk motstand i SI International System har blitt kåret til hans ære: ohm, som også uttrykkes med den greske bokstaven Ω.
Artikkelindeks
Selv om den makroskopiske formen til Ohms lov er den mest kjente, siden den forbinder mengder som er lett målbare i laboratoriet, mikroskopisk form relaterer to viktige vektormengder: det elektriske feltet OG og strømtettheten J:
J = σ.OG
Hvor σ er materialets elektriske ledningsevne, en egenskap som indikerer hvor lett det er å lede strøm. For sin del J er en vektor hvis størrelse er kvotienten mellom strømintensiteten I og tverrsnittsområdet A som den sirkulerer gjennom.
Det er logisk å anta at det er en naturlig forbindelse mellom det elektriske feltet inne i et materiale og den elektriske strømmen som sirkulerer gjennom det, slik at jo større strøm, jo mer strøm.
Men strømmen er ikke en vektor, siden den ikke har en retning i rommet. I stedet for vektoren J er vinkelrett -eller normal- til lederens tverrsnittsareal og dens retning er strømens retning.
Fra denne formen for Ohms lov kommer vi til den første ligningen, forutsatt at en leder med lengde ℓ og tverrsnitt A, og erstatter størrelsen på J Y OG til:
J = I / A
E = V / ℓ
J = σ.E → I / A = σ. (V / ℓ)
V = (ℓ / σ.A) .I
Det omvendte av ledningsevne kalles motstand og er betegnet med den greske bokstaven ρ:
1 / σ = ρ
Derfor:
V = (ρℓ / A) .I = R.I
I ligningen V = (ρℓ / A) .I, den konstante (ρℓ / A) er motstanden, derfor:
R = ρℓ / A
Ledningens motstand avhenger av tre faktorer:
-Dens motstand ρ, typisk for materialet den er laget med.
-Lengden ℓ.
-Området A med tverrsnitt.
Jo høyere ℓ, jo større motstand, siden nåværende bærere har flere muligheter til å kollidere med andre partikler inne i lederen og miste energi. Og tvert imot, jo høyere A, jo lettere er det for nåværende bærere å bevege seg på en ryddig måte gjennom materialet..
Til slutt, i den molekylære strukturen til hvert materiale, ligger det hvor lett et stoff lar den elektriske strømmen passere. For eksempel er metaller som kobber, gull, sølv og platina, med lav resistivitet, gode ledere, mens tre, gummi og olje ikke er det, og det er derfor de har høyere resistivitet..
Her er to illustrerende eksempler på Ohms lov.
En enkel opplevelse illustrerer Ohms lov, for dette trenger du et stykke ledende materiale, en variabel spenningskilde og et multimeter.
En spenning V etableres mellom endene på det ledende materialet, som må varieres litt etter litt. Med den variable strømkilden kan verdiene til nevnte spenning stilles inn, som måles med multimeteret, så vel som strømmen I som sirkulerer gjennom lederen..
Parene med V- og I-verdier er registrert i en tabell og en graf på grafpapir er konstruert med dem. Hvis den resulterende kurven er en rett linje, er materialet ohmisk, men hvis det er en annen kurve, er materialet ikke-ohmisk.
I det første tilfellet kan linjens helling bestemmes, som tilsvarer motstanden R til lederen eller dens inverse ledning.
På bildet nedenfor representerer den blå linjen en av disse grafene for et ohmsk materiale. I mellomtiden er de gule og røde kurvene laget av ikke-ohmske materialer, som for eksempel en halvleder..
Det er interessant å vite at den elektriske strømmen i Ohms lov oppfører seg på en måte som den som strømmer gjennom et rør. Den engelske fysikeren Oliver Lodge var den første som foreslo simulering av strømmenes oppførsel ved hjelp av elementer fra hydraulikk.
For eksempel representerer rørene lederne, siden vannet sirkulerer gjennom dem og de nåværende bærerne gjennom sistnevnte. Når det er en innsnevring i røret, er det vanskelig å passere vann, så dette tilsvarer en elektrisk motstand.
Forskjellen i trykk i to ender av røret gjør at vannet kan strømme, noe som gir en høydeforskjell eller en vannpumpe, og på samme måte er forskjellen i potensial (batteriet) det som holder ladningen i bevegelse., Tilsvarende strømmen eller volum vann per tidsenhet.
En stempelpumpe vil spille rollen som en vekselstrømskilde, men fordelen med å sette på en vannpumpe er at den hydrauliske kretsen dermed ville være lukket, akkurat som en elektrisk krets må være for at strøm skal strømme.
Tilsvarende en bryter i en krets, det ville være en stoppekran. Det tolkes på denne måten: Hvis kretsen er åpen (stoppekran lukket), kan ikke strømmen, som vannet, strømme.
På den annen side, med bryteren lukket (stoppekran helt åpen) kan både strømmen og vannet strømme uten problemer gjennom lederen eller røret.
Stoppekranen eller ventilen kan også representere en motstand: når kranen er helt åpnet, tilsvarer det å ha nullmotstand eller kortslutning. Hvis den lukkes helt, er det som å ha kretsen åpen, mens den delvis er lukket, er det som å ha en motstand av en viss verdi (se figur 3).
Det er kjent at et elektrisk strykejern krever 2A ved 120V for å fungere skikkelig. Hva er motstanden din??
Løs for motstand fra Ohms lov:
R = V / I = 120 V / 2 A = 60 Ω
En ledning med en diameter på 3 mm og en lengde på 150 m har en elektrisk motstand på 3,00 Ω ved 20 ° C. Finn resistiviteten til materialet.
Ligningen R = ρℓ / A er passende, derfor må tverrsnittsområdet først bli funnet:
A = π(D / 2)to = π (3 x 10-3 m / 2)to = 4,5π x 10 -6 mto
Til slutt når du bytter ut får du:
ρ = A.R / ℓ = 4,5π x 10 -6 mto x 3 Ω / 150 m = 2,83 x 10 -7 Ω.m
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.