De wet van Ohm in duidelijke taal

Historische achtergrond

Het jaar van ontdekking is de wet van Ohm - 1826 door de Duitse wetenschapper Georg Om. Hij heeft de wet op de verhouding van stroomsterkte, spanning en type geleider empirisch bepaald en beschreven. Later bleek dat het derde onderdeel niets anders is dan weerstand. Vervolgens werd deze wet genoemd ter ere van de ontdekker, maar de wet stopte daar niet, zijn naam kreeg een fysieke waarde, als eerbetoon aan zijn werk.

De waarde waarin weerstand wordt gemeten is genoemd naar Georg Ohm. Weerstanden hebben bijvoorbeeld twee hoofdkenmerken: vermogen in watt en weerstand - een maateenheid in Ohm, kilo-ohm, megaohm, enz.

De wet van Ohm voor een kettingsectie

De wet van Ohm voor een sectie van een circuit kan worden gebruikt om een ​​elektrisch circuit te beschrijven dat geen EMF bevat. Dit is de eenvoudigste vorm van opnemen. Het ziet er zo uit:

Ik = U / R

Waar ik de stroom is, gemeten in ampère, is U de spanning in volt, R is de weerstand in Ohm.

Deze formule vertelt ons dat de stroom recht evenredig is met spanning en omgekeerd evenredig met weerstand - dit is de exacte formulering van de wet van Ohm. De fysieke betekenis van deze formule is om de afhankelijkheid van de stroom door een sectie van een circuit met zijn bekende weerstand en spanning te beschrijven.

Opgelet!Deze formule is geldig voor gelijkstroom, voor wisselstroom heeft het kleine verschillen, daar komen we later op terug.

Naast de verhouding van elektrische grootheden, vertelt dit formulier ons dat de grafiek van de stroom versus spanning in de weerstand lineair is en aan de functievergelijking is voldaan:

f (x) = ky of f (u) = IR of f (u) = (1 / R) * I

De wet van Ohm voor een circuitgedeelte wordt gebruikt om de weerstand van een weerstand in een circuitgedeelte te berekenen of om de stroom erdoor te bepalen met een bekende spanning en weerstand. We hebben bijvoorbeeld een weerstand R met een weerstand van 6 ohm, er wordt een spanning van 12 V aangelegd op de terminals.U moet weten welke stroom er doorheen zal stromen. Bereken:

Ik = 12 V / 6 Ohm = 2 A

Een ideale geleider heeft geen weerstand, maar door de structuur van de moleculen van de stof waaruit hij bestaat, heeft elk geleidend lichaam weerstand. Dit veroorzaakte bijvoorbeeld de overgang van aluminium naar koperdraden in elektrische thuisnetwerken.De soortelijke weerstand van koper (Ohm per lengte van 1 meter) is lager dan die van aluminium. Zo verwarmen koperdraden minder, zijn ze bestand tegen grote stromen, wat betekent dat u een draad met een kleinere doorsnede kunt gebruiken.

Een ander voorbeeld - de spiralen van verwarmingsapparaten en weerstanden hebben een grote soortelijke weerstand, omdat zijn gemaakt van verschillende metalen met een hoge weerstand, zoals nichroom, cantal, enz. Wanneer de ladingsdragers door de geleider bewegen, botsen ze met deeltjes in het kristalrooster, hierdoor komt er energie vrij in de vorm van warmte en wordt de geleider verhit. Hoe meer stroom - hoe meer botsingen - hoe meer verwarming.

Om de verwarming te verminderen, moet de geleider worden ingekort of de dikte ervan worden vergroot (doorsnedeoppervlak). Deze informatie kan worden geschreven als een formule:

R_draad= ρ (L / S)

Waar ρ is de soortelijke weerstand in Ohm * mm²/ m, L - lengte in m, S - doorsnedeoppervlak.

De wet van Ohm voor parallel en serieel circuit

Afhankelijk van het type verbinding wordt een ander patroon van stroomsterkte en spanningsverdeling waargenomen. Voor een sectie van een serieschakeling van elementen worden de spanning, stroom en weerstand gevonden met de formule:

Ik = I1 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

Dit betekent dat dezelfde stroom in een circuit vloeit uit een willekeurig aantal in serie geschakelde elementen. In dit geval is de spanning die op alle elementen wordt toegepast (de som van de spanningsdalingen) gelijk aan de uitgangsspanning van de stroombron. Elk element wordt afzonderlijk aangebracht met een eigen spanningswaarde en is afhankelijk van de huidige sterkte en specifieke weerstand:

U_e= Ik * R_element

De weerstand van het circuit voor parallel verbonden elementen wordt berekend met de formule:

Ik = I1 + I2

U = U1 = U2

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

Voor een gemengde verbinding moet de ketting in een gelijkwaardige vorm worden gebracht. Als bijvoorbeeld één weerstand is aangesloten op twee parallel geschakelde weerstanden, bereken dan eerst de weerstand van de parallel geschakelde weerstanden. U krijgt de totale weerstand van de twee weerstanden en u hoeft deze alleen maar op te tellen bij de derde, die in serie met hen is verbonden.

De wet van Ohm voor de hele keten

Een compleet circuit heeft een stroombron nodig. Een ideale stroombron is een apparaat met één kenmerk:

• spanning, als het een bron van EMF is;
• huidige sterkte als het een huidige bron is;

Een dergelijke stroombron kan elk vermogen leveren met constante uitgangsparameters. In een echte voeding zijn er ook parameters zoals vermogen en interne weerstand. In feite is de interne weerstand een denkbeeldige weerstand die in serie is geïnstalleerd met de emf-bron.

De wetformule van Ohm voor het volledige circuit lijkt op elkaar, maar de interne weerstand van het IP wordt toegevoegd. Schrijf voor een compleet circuit:

Ik = ε / (R + r)

Waar ε is de EMF in volt, R is de belastingsweerstand, r is de interne weerstand van de stroombron.

In de praktijk is de interne weerstand een fractie van Ohm, en voor galvanische bronnen neemt deze aanzienlijk toe. Je hebt dit opgemerkt wanneer de twee batterijen (nieuw en leeg) dezelfde spanning hebben, maar een van hen de vereiste stroom produceert en naar behoren werkt en de tweede niet werkt, omdat zakt bij de minste belasting.

De wet van Ohm in differentiële en integrale vorm

Voor een homogeen deel van het circuit zijn de bovenstaande formules geldig, voor een niet-homogene geleider is het nodig om het in zo kort mogelijke segmenten te breken, zodat veranderingen in de afmetingen binnen dit segment tot een minimum worden beperkt. Dit wordt de wet van Ohm genoemd in differentiële vorm.

Met andere woorden: de stroomdichtheid is recht evenredig met de sterkte en geleidbaarheid voor een oneindig klein deel van de geleider.

In integrale vorm:

De wet van Ohm voor AC

Bij het berekenen van AC-circuits wordt in plaats van het concept van weerstand het concept van "impedantie" geïntroduceerd. De impedantie wordt aangegeven door de letter Z en omvat de belastingsweerstand R_een en reactantie X (of R_r)Dit komt door de vorm van de sinusvormige stroom (en stromen van andere vormen) en de parameters van inductieve elementen, evenals schakelwetten:

1. De stroom in het circuit met inductie kan niet onmiddellijk veranderen.
2. De spanning in het circuit met de capaciteit kan niet onmiddellijk veranderen.

Zo begint de stroom te vertragen of voor te zijn op de spanning en wordt het totale vermogen verdeeld in actief en reactief.

U = I * Z

X_L en X_C Zijn reactieve componenten van de lading.

In dit opzicht wordt de waarde cos Φ geïntroduceerd:

Hier is Q het reactieve vermogen als gevolg van wisselstroom en inductief-capacitieve componenten, P is het actieve vermogen (toegewezen aan de actieve componenten), S is het schijnbare vermogen, cos Φ is de arbeidsfactor.

Het is u misschien opgevallen dat de formule en de weergave ervan de stelling van Pythagoras kruisen. Dit is inderdaad zo, en de hoek Ф hangt af van hoe groot de reactieve component van de lading is - hoe groter deze is, hoe groter deze is. In de praktijk leidt dit ertoe dat de stroom die daadwerkelijk in het netwerk stroomt groter is dan die waarmee de huishoudmeter rekening houdt, terwijl bedrijven voor volledige stroom betalen.

In dit geval wordt de weerstand gepresenteerd in een complexe vorm:

Hier is j een denkbeeldige eenheid, die typisch is voor de complexe vorm van vergelijkingen. Minder vaak aangeduid als i, maar in de elektrotechniek wordt ook de effectieve waarde van de wisselstroom aangegeven, dus om niet in de war te raken, is het beter om j te gebruiken.

De denkbeeldige eenheid is √-1. Het is logisch dat er bij het kwadrateren niet zo'n getal is, wat kan resulteren in een negatief resultaat van “-1”.

Hoe de wet van Ohm te onthouden

Om de wet van Ohm te onthouden, kunt u de bewoording onthouden in eenvoudige woorden als:

Hoe hoger de spanning, hoe groter de stroom, hoe groter de weerstand, hoe lager de stroom.

Of gebruik de ezelsbruggetjes en regels. De eerste is een weergave van de wet van Ohm in de vorm van een piramide - kort en duidelijk.

De geheugensteun is een vereenvoudigde weergave van een concept, omdat het eenvoudig en gemakkelijk te begrijpen en te bestuderen is. Het kan zowel verbaal als grafisch zijn. Om de juiste formule correct te vinden, sluit u de gewenste waarde met uw vinger en krijgt u het antwoord in de vorm van een werk of een quotiënt. Zo werkt het:

De tweede is een karikaturale voorstelling. Hier wordt het getoond: hoe meer Ohm het probeert, hoe moeilijker Ampere-passen, en hoe meer Volt - hoe gemakkelijker Ampere-passen.

Ten slotte raden we aan om een ​​nuttige video te bekijken, waarin de wet van Ohm en de toepassing ervan in eenvoudige woorden worden uitgelegd:

De wet van Ohm is een van de fundamentele in de elektrotechniek, zonder zijn medeweten zijn de meeste berekeningen onmogelijk. En in het dagelijkse werk moet je vaak vertalen ampère tot kilowatt of door weerstand om de stroom te bepalen. Het is absoluut niet nodig om de conclusie en de oorsprong van alle hoeveelheden te begrijpen - maar de uiteindelijke formules zijn vereist voor ontwikkeling. Tot slot wil ik opmerken dat er onder elektriciens een oud komisch spreekwoord bestaat:'Ik ken Om - thuis niet.'En als er in elke grap een deel van de waarheid zit, dan is dit hier 100%. Leer de theoretische basis als je een professional wilt worden in de praktijk, en andere artikelen van onze site zullen je hierbij helpen.