Ohm zakon in formula, izračun, primeri, vaje

The Ohmov zakon, V svoji makroskopski obliki kaže, da sta napetost in intenzivnost toka v vezju neposredno sorazmerna, upornost je konstanta sorazmernosti. Ohmova zakon, ki označuje te tri velikosti, kot so V, I in R, ugotovi, da: V = i.R.

Prav tako je OHM -ov zakon posplošen, da vključuje vezje, ki v vezju izmeničnega toka niso izključno uporovni, zato sprejme na naslednji način: V = i. Z.

Slika 1. Zakon OHM velja za številna vezja. Vir: Wikimedia Commons. Tlapicka [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Kje Z To je impedanca, ki predstavlja tudi nasprotovanje prehodu izmeničnega toka z elementom vezja, na primer kondenzator ali induktivnost.

Treba je opozoriti, da niso vsi materiali in elementi vezja v skladu z Ohmovim zakonom. Tistim, v katerih je veljaven, se imenujejo elementi ohmic, In v katerem se ne izpolnjuje, se imenujejo Brez ohmika ali nelinearno.

Običajne električne upornosti so ohmične, vendar diode in tranzistorji niso, saj razmerje med napetostjo in tokom v njih ni linearno.

Ohmov zakon dolguje svoje ime nemškemu fiziku in matematiki. V njegovo čast je bila imenovana enota za električni odpor v mednarodnem sistemu: Ohm, ki ga izraža tudi grško pismo ω.

[TOC]

Kako se izračuna?

Čeprav je makroskopska oblika Ohmovega zakona najbolj znana, saj povezuje zneske, ki jih je v laboratoriju zlahka meriti, Mikroskopska oblika Navaja dve pomembni vektorski količini: električno polje In in trenutna gostota J:

J = σ.In

Kjer je σ električna prevodnost materiala, lastnost, ki kaže na lahkoto, ki jo mora poganjati tok. S svojim delom J To je vektor, katerega velikost je količnik med tokovno intenzivnostjo I in območjem preseka, na katerega kroži.

Lahko vam služi: površinski valovi: značilnosti, vrste in primeri

Logično je domnevati, da obstaja naravna povezava med električnim poljem znotraj materiala in električnim tokom, ki kroži skozi njega, na primer največji pogostejši.

Toda tok ni vektor, saj nima naslova v vesolju. Namesto tega vektor J Je pravokotno - ali normalno - do prečnega prerezanega območja voznika in njegov pomen je tok toka.

Iz te oblike Ohmovega zakona je dosežena prva enačba, ob predpostavki, da je gonilnik dolžine in presek A ter nadomestil veličine J in In z:

J = I/A

E = v/ℓ

J = σ.E → i/a = σ. (V/ℓ)

V = (ℓ/σ.Na).Yo

Kliče se obratno prevodnost upornost In je označen z grško črko ρ:

1/ σ = ρ

Zato:

V = (ρℓ/ a).I = r.Yo

Odpornost voznika

V enačbi V = (ρℓ/ a).Yo, Stalnica (ρℓ/ a) Zato je odpor:

R = ρℓ/ a

Odpornost voznika je odvisna od treh dejavnikov:

-Njegova upornost ρ, značilna za material, s katerim je izdelan.

-Dolžina ℓ.

-Območje A svojega preseka.

Večji ℓ, večji odpor, saj imajo trenutni nosilci več možnosti, da trčijo z drugimi delci znotraj voznika in izgubijo energijo. In nasprotno, z večjim A je lažje, da se trenutni prevozniki z gradivom uresničijo.

Končno v molekularni strukturi vsakega materiala leži enostavnost, s katero snov omogoča električni tok. Tako so na primer kovine, kot so baker, zlato, srebro in platina, z nizko upornostjo, dobri vodniki, medtem ko les, guma in olje niso, zato imajo večjo upornost.

Primeri

Tu sta dva ilustrativna primera Ohmovega zakona.

Eksperimentirajte, da preverite Ohmov zakon

Preprosta izkušnja ponazarja Ohmov zakon, za ta del prevodnega materiala, vir spremenljive napetosti in multimeter je potreben.

Vam lahko služi: merilniki tlaka

Med konci prevodnega materiala je vzpostavljena napetost V, ki bi se morala postopoma spreminjati. S spremenljivim virom napajanja lahko vrednosti omenjene napetosti pritrdimo, ki se merijo z multimetrom, kot tudi tok I, ki kroži z gonilnikom.

Pari vrednosti V in i so zapisani v tabeli in z njimi je zgrajen graf na milimetrskem papirju. Če je nastala krivulja črta, je material ohmičen, če pa je katera koli druga krivulja, je material neehmičen.

V prvem primeru je mogoče določiti naklon črte, ki je enakovredna voznikovi upornosti ali na obratno, prevodnost.

Na naslednji sliki modra črta predstavlja eno od teh grafik za ohmični material. Medtem so rumene in rdeče krivulje iz neešmičnih materialov, kot je polprevodnik.

Slika 2. Graf I Vs. V za ohmične materiale (modre naravne) in neohmične materiale. Vir: Wikimedia Commons.

Hidravlična analogija Ohmovega zakona

Zanimivo je vedeti, da ima električni tok v zakonu Ohm podobno vedenje na določen način, kot je voda, ki kroži po cevi. Angleški fizik Oliver Lodge je prvi predlagal simulacijo trenutnega vedenja s hidravličnimi elementi.

Na primer, cevi predstavljajo vodnike, saj voda kroži skozi njih in trenutne nosilce skozi zadnjo. Ko se v cevi zoži, je prehod vode težaven, zato bi bilo to enakovredno električni upornosti.

Razlika v tlaku na dveh koncih cevi omogoča, da se voda pretaka, kar omogoča razliko v višini ali vodni črpalki, analogno voda na enoto časa.

Lahko vam služi: konvekcijski prenos toplote (s primeri)

Batna črpalka bi predstavljala vlogo nadomestnega napetostnega vira, vendar je prednost dajanja vodne črpalke, da bi bilo hidravlično vezje zaprto, saj bi moral biti električni vezje pretok toka.

Slika 3. Hidravlična analogija za zakon Ohm: v a) sistem pretoka vode in v b) preprost uporovni vezje. Vir: Tippens, str. 2011. Fizika: pojmi in aplikacije. 7. izdaja. McGraw Hill.

Upori in stikala

Ekvivalent stikala v vezju bi bil prehodni ključ. Na ta način se razlaga: če je vezje odprt (zaprt prehod), tok, pa tudi voda, ne moreta teči.

Po drugi strani pa lahko z zaprtim stikalom (popolnoma odprti korak) tok in voda brez težav krožita z gonilnikom ali cevjo.

Prehodni ključ ali ventil lahko predstavlja tudi upor: ko se ključ popolnoma odpre, je enakovreden ničelnemu uporu ali kratkem krogu. Če se sploh zapre, je tako, kot da bi imeli odprti vezje, delno zaprto pa je, kot da bi imeli upor določene vrednosti (glej sliko 3).

Vaje

- Vaja 1

Znano je, da električna plošča potrebuje 2 A pri 120 V, da pravilno deluje. Kakšen je vaš odpor?

Rešitev

Odpor je očiščen iz Ohmovega zakona:

R = v/ i = 120 v/ 2 a = 60 Ω

- Vaja 2

Žica s premerom 3 mm in 150 m ima 3 3.00 Ω pri 20 ° C. Poiščite upornost materiala.

Rešitev

Enačba R = ρℓ/ a je primeren, Zato je treba najprej najti območje preseka:

A = π(D/2)² = π (3 x 10^-3 m/2)² = 4.5π x 10 ^-6 m²

Končno pri zamenjavi dobite:

ρ = a.R /ℓ = 4.5π x 10 ^-6 m² x 3 Ω / 150 m = 2.83 x 10 ^-7 Ω.m

Reference

1. Resnick, r. 1992.Fizično. Tretja izdaja, razširjena v španščini. Zvezek 2. Continental uredništvo s.Do. od c.V.
2. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitetna fizika s sodobno fiziko. 14^th. Ed. Zvezek 2. 817-820.
3. Serway, r., Jewett, J. 2009. Fizika za znanost in inženiring s sodobno fiziko. 7. izdaja. Zvezek 2. Cengage učenje. 752-775.
4. Tippens, str. 2011. Fizika: pojmi in aplikacije. 7. izdaja. McGraw Hill.
5. Univerza Sevilla. Oddelek za uporabno fiziko III. Gostota in intenzivnost toka. Okrevano od: ZDA.je.
6. Walker, J. 2008. Fizika. 4. izd. Pearson.725-728