Ohms lov for en del af et kredsløb
Den grundlæggende lov for elektroteknik, som du kan bruge til at studere og beregne elektriske kredsløb, er Ohms lov, som fastslår forholdet mellem strøm, spænding og modstand. Det er nødvendigt klart at forstå dens essens og være i stand til at bruge den korrekt til at løse praktiske problemer. Fejl begås ofte i elektroteknik på grund af manglende evne til at anvende Ohms lov korrekt.
Ohms lov for en del af kredsløbet siger: Strøm er direkte proportional med spændingen og omvendt proportional med modstand.
Hvis spændingen, der virker i et elektrisk kredsløb, øges flere gange, vil strømmen i det kredsløb stige med samme mængde. Og hvis du øger modstanden af kredsløbet flere gange, vil strømmen falde med samme mængde. På samme måde er vandstrømmen i røret jo større, jo stærkere trykket er og jo mindre modstanden har røret mod vandets bevægelse.
I en populær form kan denne lov formuleres som følger: Jo højere spænding for den samme modstand, jo højere strømstyrke, og på samme tid, jo højere modstand for samme spænding, jo lavere er strømstyrken.
For at udtrykke Ohms lov matematisk på den enklest mulige måde, anses modstanden af en ledning, der fører en strøm på 1 A ved en spænding på 1 V, for at være 1 Ohm.
Strøm i ampere kan altid bestemmes ved at dividere spændingen i volt med modstanden i ohm. Derfor er Ohms lov for en sektion af et kredsløb skrevet i følgende formel:
I = U/R.
Magisk trekant
Enhver sektion eller element i et elektrisk kredsløb kan karakteriseres ved tre karakteristika: strøm, spænding og modstand.
Sådan bruges Ohms trekant: vi lukker den krævede værdi - to andre symboler giver formlen for dens beregning. I øvrigt kaldes kun én formel fra trekanten Ohms lov – den der afspejler strømmens afhængighed af spænding og modstand. De to andre formler, selvom de er konsekvenser af det, giver ikke fysisk mening.
Beregninger foretaget ved hjælp af Ohms lov for en del af kredsløbet vil være korrekte, når spændingen er i volt, modstanden er i ohm, og strømmen er i ampere. Hvis der bruges flere enheder af disse mængder (f.eks. milliampere, millivolt, megohm osv.), skal de konverteres til henholdsvis ampere, volt og ohm. For at understrege dette er Ohms lovformel for en del af et kredsløb undertiden skrevet som følger:
amp = volt / ohm
Man kan også beregne strøm i milliampere og mikroampere, mens spænding skal udtrykkes i henholdsvis volt og modstand i kilohm og megohm.
Andre artikler om elektricitet på en enkel og overkommelig måde:
Hvad er spænding, strøm og modstand: hvordan bruges de i praksis
Hvordan modstand afhænger af temperatur
Kilder til EMF og strøm: hovedkarakteristika og forskelle
Hvad er en elektrisk forsyning?
Elektrisk og magnetisk felt - hvad er forskellen?
Ohms lov er gyldig for alle dele af kredsløbet. Hvis det er nødvendigt at bestemme strømmen i en given sektion af kredsløbet, er det nødvendigt at dividere spændingen, der virker i denne sektion (fig. 1) med modstanden i denne sektion.
Figur 1. Anvendelse af Ohms lov på et kredsløbssektion
Lad os give et eksempel på beregning af strømmen efter Ohms lov... Lad det kræves at bestemme strømmen i en lampe med en modstand på 2,5 ohm, hvis spændingen på lampen er 5 V. At dividere 5 V med 2,5 ohm, får vi en strømværdi lig med 2 A. I det andet eksempel bestemmer vi strømmen, der vil strømme under påvirkning af en spænding på 500 V i et kredsløb, hvis modstand er 0,5 MΩ. For at gøre dette udtrykker vi modstanden i ohm. Ved at dividere 500 V med 500.000 ohm finder vi strømmen i kredsløbet, som er 0,001 A eller 1 mA.
Ofte, når man kender strømmen og modstanden, bestemmes spændingen ved hjælp af Ohms lov. Lad os skrive formlen for at bestemme spændingen
U = IR
Denne formel viser, at spændingen i enderne af en given sektion af kredsløbet er direkte proportional med strømmen og modstanden... Betydningen af denne afhængighed er ikke svær at forstå.Hvis modstanden i kredsløbssektionen ikke ændres, kan strømmen kun øges ved at øge spændingen. Det betyder, at ved konstant modstand svarer en større strøm til en større spænding. Hvis det er nødvendigt at opnå den samme strøm ved forskellige modstande, så skal der med en højere modstand være en tilsvarende højere spænding.
Spændingen over en sektion af et kredsløb omtales ofte som spændingsfaldet... Dette fører ofte til misforståelser. Mange mennesker tror, at spændingsfald er noget spildt unødvendig spænding. I virkeligheden er begreberne spænding og spændingsfald ækvivalente. Tab og spændingsfald – hvad er forskellen?
Spændingsfald er det gradvise fald i potentialet over et strømførende kredsløb på grund af det faktum, at kredsløbet har en aktiv modstand. Ifølge Ohms lov er spændingsfaldet i hver sektion af kredsløbet U lig med produktet af modstanden i denne sektion af kredsløbet R med strømmen i det I, dvs. U — RI. Jo større modstanden af en sektion af kredsløbet er, jo større er spændingsfaldet i den sektion af kredsløbet for en given strøm.
Beregningen af Ohms lovspænding kan vises i følgende eksempel. Lad en strøm på 5 mA passere gennem en sektion af kredsløbet med en modstand på 10 kOhm, og det er nødvendigt at bestemme spændingen i denne sektion.
Ved at gange A = 0,005 A ved R — 10000 Ω får vi en spænding lig med 50 V. Det samme resultat kan opnås ved at gange 5 mA med 10 kΩ: U = 50 tommer
I elektroniske enheder udtrykkes strøm normalt i milliampere og modstand i kiloohm.Derfor er det praktisk at bruge præcis disse måleenheder i beregninger efter Ohms lov.
Ohms lov beregner også modstand, hvis spændingen og strømmen er kendt. Formlen for dette tilfælde er skrevet som følger: R = U / I.
Modstand er altid forholdet mellem spænding og strøm. Hvis spændingen øges eller sænkes et antal gange, vil strømmen stige eller falde med det samme antal gange. Spændings-strømforholdet svarende til modstanden forbliver uændret.
Formlen til bestemmelse af modstand skal ikke forstås sådan, at modstanden af en given leder afhænger af strøm og spænding. Det er kendt at afhænge af længden, tværsnitsarealet og materialet af tråden. I udseende ligner formlen til bestemmelse af modstand formlen til beregning af strøm, men der er en grundlæggende forskel mellem dem.
Strømmen i en given del af kredsløbet afhænger virkelig af spændingen og modstanden og ændrer sig, efterhånden som de ændrer sig. Og modstanden af denne sektion af kredsløbet er en konstant værdi, der ikke afhænger af ændringer i spænding og strøm, men er lig med forholdet mellem disse værdier.
Når den samme strøm løber i to sektioner af kredsløbet, og de spændinger, der påføres dem, er forskellige, er det klart, at den sektion, som den større spænding påføres, har en tilsvarende større modstand.
Og hvis der under påvirkning af den samme spænding løber en forskellig strøm i to forskellige sektioner af kredsløbet, så vil der i denne sektion altid være en mindre strøm, som har en større modstand.Alt dette følger af den grundlæggende formulering af Ohms lov for en sektion af et kredsløb, altså af det faktum, at jo større strømmen er, jo større er spændingen og jo lavere modstand.
Beregningen af modstand ved hjælp af Ohms lov for en sektion af et kredsløb vil blive vist i det følgende eksempel Lad det kræves at finde modstanden af sektionen, gennem hvilken en strøm på 50 mA løber ved en spænding på 40 V. Udtryk af strømmen i ampere får vi I = 0,05 A. Divider 40 med 0,05 og find ud af, at modstanden er 800 ohm.
Ohms lov kan visualiseres i form af den såkaldte strøm-spændingskarakteristik... Som du ved, er det direkte proportionale forhold mellem to størrelser en ret linje, der går gennem origo. Denne afhængighed kaldes normalt lineær.
I fig. 2 vist som et eksempel på en graf af Ohms lov for et kredsløbssnit med en modstand på 100 ohm. Den vandrette akse er spændingen i volt og den lodrette akse er strømmen i ampere. Strøm- og spændingsskalaen kan vælges efter ønske. Der tegnes en ret linje, så spænding-til-strømforholdet for hvert af dets punkter er 100 ohm. For eksempel, hvis U = 50 V, så er I = 0,5 A og R = 50: 0,5 = 100 ohm.
Ris. 2… Ohms lov (strømspændingskarakteristik)
Grafen for Ohms lov for negative værdier af strøm og spænding er den samme. Dette indebærer, at strømmen i kredsløbet løber den samme vej i begge retninger. Jo større modstand, jo mindre strøm opnås ved en given spænding, og jo mere forsigtigt bevæger den lige linje sig.
Enheder, hvor strøm-spændingskarakteristikken er en ret linje, der går gennem udgangspunktet, det vil sige, at modstanden forbliver konstant, når spændingen eller strømmen ændres, kaldes lineære enheder... Begreberne lineære kredsløb, lineære modstande bruges også.
Der er også enheder, hvor modstanden ændres, når spændingen eller strømmen ændres. Så udtrykkes forholdet mellem strøm og spænding ikke efter Ohms lov, men på en mere kompleks måde. For sådanne enheder vil strøm-spændingskarakteristikken ikke være en ret linje, der går gennem startpunktet, men er enten en kurve eller en stiplet linje. Disse enheder kaldes ikke-lineære.
Se også om dette emne: Anvendelse af Ohms lov i praksis
