De Ohms lag, i sin makroskopiska form indikerar det att spänningen och intensiteten i strömmen i en krets är direkt proportionella, varvid motståndet är proportionalitetskonstanten. Att beteckna dessa tre mängder som V, I respektive R, säger Ohms lag att: V = I.R.
På samma sätt generaliseras Ohms lag för att inkludera kretselement som inte är rent resistiva i växelströmskretsar, på detta sätt tar det följande form: V = I. Z.
Var Z är impedansen, som också representerar motståndet mot att växelström passerar av ett kretselement, till exempel en kondensator eller en induktans.
Det bör noteras att inte alla kretsmaterial och element överensstämmer med Ohms lag. De där det är giltigt kallas element ohmisk, och där det inte uppfylls är de icke-ohmisk eller icke-linjär.
Vanliga elektriska motstånd är av ohmsk typ, men dioder och transistorer är inte, eftersom förhållandet mellan spänning och ström inte är linjärt i dem..
Ohms lag har sitt namn tack vare den bayerskt födda tyska fysikern och matematikern George Simon Ohm (1789-1854), som tillbringade sin karriär för att studera beteendet hos elektriska kretsar. Enheten för elektriskt motstånd i SI International System har fått sitt namn: ohm, som också uttrycks med den grekiska bokstaven Ω.
Artikelindex
Även om den makroskopiska formen av Ohms lag är den mest kända, eftersom den länkar mängder som är lätta att mäta i laboratoriet, mikroskopisk form relaterar till två viktiga vektormängder: det elektriska fältet OCH och strömtätheten J:
J = σ.OCH
Där σ är materialets elektriska ledningsförmåga, en egenskap som anger hur lätt det är att leda ström. För hans del J är en vektor vars storlek är kvoten mellan strömintensiteten I och tvärsnittsområdet A genom vilken den cirkulerar.
Det är logiskt att anta att det finns en naturlig koppling mellan det elektriska fältet inuti ett material och den elektriska strömmen som cirkulerar genom det, så att ju större ström, desto mer ström.
Men strömmen är inte en vektor, eftersom den inte har en riktning i rymden. Istället vektorn J är vinkelrät - eller normalt - mot ledarens tvärsnittsarea och dess riktning är för strömmen.
Från denna form av Ohms lag når vi den första ekvationen, förutsatt en ledare med längd ℓ och tvärsnitt A, och ersätter storleken på J Y OCH för:
J = I / A
E = V / ℓ
J = σ.E → I / A = σ. (V / ℓ)
V = (ℓ / σ.A) .I
Det inversa av konduktivitet kallas motstånd och betecknas med den grekiska bokstaven ρ:
1 / σ = ρ
Därför:
V = (ρℓ / A) .I = R.I
I ekvationen V = (ρℓ / A) .I, konstanten (ρℓ / A) är motståndet, därför:
R = ρℓ / A
Ledarens motstånd beror på tre faktorer:
-Dess resistivitet ρ, typiskt för det material som den är tillverkad med.
-Längden ℓ.
-Området A med dess tvärsnitt.
Ju högre ℓ, desto större motstånd, eftersom nuvarande bärare har fler möjligheter att kollidera med andra partiklar inuti ledaren och förlora energi. Och tvärtom, ju högre A, desto lättare är det för nuvarande bärare att röra sig ordnat genom materialet..
Slutligen ligger i den molekylära strukturen hos varje material den lätthet med vilken ett ämne låter den elektriska strömmen passera. Således är till exempel metaller som koppar, guld, silver och platina med låg resistivitet bra ledare, medan trä, gummi och olja inte är det, varför de har högre resistivitet.
Här är två illustrativa exempel på Ohms lag.
En enkel upplevelse illustrerar Ohms lag, för detta behöver du en bit ledande material, en variabel spänningskälla och en multimeter.
En spänning V upprättas mellan ändarna på det ledande materialet, som måste varieras lite efter lite. Med den variabla kraftkällan kan värdena för nämnda spänning ställas in, som mäts med multimetern, liksom strömmen I som cirkulerar genom ledaren..
Paren med V- och I-värden registreras i en tabell och en graf på grafpapper konstrueras med dem. Om den resulterande kurvan är en rak linje är materialet ohmiskt, men om det är någon annan kurva är materialet icke-ohmiskt.
I det första fallet kan linjens lutning bestämmas, vilket är ekvivalent med ledarens motstånd R eller dess inversa, konduktansen.
I bilden nedan representerar den blå linjen en av dessa grafer för ett ohmiskt material. Under tiden är de gula och röda kurvorna gjorda av icke-ohmiska material, till exempel en halvledare..
Det är intressant att veta att den elektriska strömmen i Ohms lag beter sig på ett sätt som liknar det för vatten som strömmar genom ett rör. Den engelska fysikern Oliver Lodge var den första som föreslog simulering av strömens beteende med hjälp av hydraulikelement.
Till exempel representerar rören ledarna, eftersom vattnet cirkulerar genom dem och de nuvarande bärarna genom de senare. När det finns en sammandragning i röret är vattenpassagen svårt, så detta skulle motsvara ett elektriskt motstånd.
Skillnaden i tryck vid två ändar av röret gör att vattnet kan strömma, vilket ger en höjdskillnad eller en vattenpump, och på samma sätt är skillnaden i potential (batteriet) det som håller laddningen i rörelse., Motsvarande flödet eller volym vatten per tidsenhet.
En kolvpump skulle spela rollen som en växelspänningskälla, men fördelen med att sätta på en vattenpump är att hydraulkretsen således skulle vara stängd, precis som en elektrisk krets måste vara för att ström ska kunna strömma.
Motsvarande en omkopplare i en krets, det skulle vara en kran. Det tolkas på detta sätt: om kretsen är öppen (kranen är stängd) kan strömmen, liksom vattnet, inte rinna.
Å andra sidan, med strömbrytaren stängd (stoppkran helt öppen) kan både strömmen och vattnet strömma utan problem genom ledaren eller röret.
Stoppkranen eller ventilen kan också representera ett motstånd: när kranen är helt öppen motsvarar den att ha ett nollmotstånd eller en kortslutning. Om den stänger helt är det som att ha kretsen öppen, medan den delvis är stängd är det som att ha ett motstånd av ett visst värde (se figur 3).
Det är känt att ett elektrisk strykjärn kräver 2A vid 120V för att fungera korrekt. Vad är ditt motstånd??
Lös för motstånd från Ohms lag:
R = V / I = 120 V / 2 A = 60 Ω
En tråd med en diameter på 3 mm och en längd på 150 m har ett elektriskt motstånd på 3,00 Ω vid 20 ° C. Hitta materialets resistivitet.
Ekvationen R = ρℓ / A är lämpligt, därför måste tvärsnittsområdet hittas först:
A = π(D / 2)två = π (3 x 10-3 m / 2)två = 4,5π x 10 -6 mtvå
Slutligen när du byter ut får du:
ρ = A.R / ℓ = 4,5π x 10 -6 mtvå x 3 Ω / 150 m = 2,83 x 10 -7 Ω.m
Ingen har kommenterat den här artikeln än.