Ohms lag gavs av tysk fysiker Georg Simon Ohm . Den anger förhållandet mellan ström, resistans och spänning över en elektrisk krets. Detta förhållande mellan ström I, spänning V och resistans R gavs av den berömda tyske vetenskapsmannen Georg Simon Ohm 1827. Han fann under sitt experiment att produkten av strömmen som flyter genom ledaren och ledarens resistans bestämmer spänningsfallet över den ledaren i kretsen.

I den här artikeln kommer vi att utforska begreppet Ohms lag i detalj inklusive alla ämnen som nämns i följande innehållsförteckning.

Ohms lag definition

Ohms lag säger att spänningen över en ledare är direkt proportionell mot strömmen som flyter genom den, förutsatt att alla fysiska förhållanden och temperaturer förblir konstanta.

Därför, enligt Ohms lag, är strömmen som flyter genom ledaren direkt proportionell mot spänningen över kretsen, dvs. V ∝ I. Sålunda, eftersom Ohms lag tillhandahåller det grundläggande förhållandet mellan den pålagda spänningen och strömmen genom ledaren, anses den vara den grundläggande lagen som hjälper oss att hantera elektriska kretsar. Ohms lag säger att strömmen följer ett linjärt samband med spänningen.

Ohms lagförklaring

Ohms lag är en av elektrostatikens grundläggande lagar som säger att spänningen över vilken ledare som helst är direkt proportionell mot strömmen som flyter i den ledaren. Vi kan definiera detta tillstånd som

V ∝ I

Ta bort proportionalitetstecknet,

V = RI

var R är proportionalitetskonstanten och kallas materialets resistans. Materialets motstånd beräknas som,

R = V/I

Resistans mäts i ohm. Det betecknas med symbolen Ω.

Ohms lagformel

Under förutsättning att alla fysiska parametrar och temperaturer förblir konstanta, säger Ohms lag att spänningen över en ledare är direkt proportionell mot strömmen som flyter genom den.

Ohms lag anges som:

V ∝ I

ELLER

V = I × R

Var,

• R är proportionalitetskonstanten känd som Motstånd,
• I är spänningen applicerad, och
• jag är strömmen som flyter genom den elektriska kretsen.

Ovanstående formel kan omarrangeras för att beräkna ström och resistans också, enligt följande:

Enligt Ohms lag är strömmen som flyter genom ledaren,

I = V/R

På liknande sätt kan motstånd definieras som,

R = V/I

Ohms lagdiagram

Ohms lag gäller när fysiska förhållanden som temperatur och andra är konstanta. Detta beror på det faktum att strömmen som flyter genom kretsen varierar genom att ändra temperaturen. Därför, i sådana fall när fysiska faktorer som temperatur spelar in, bryter Ohms lag. Till exempel i fallet med en glödlampa, där temperaturen ökar när strömmen som flyter genom den stiger. Här följer inte Ohms lag.

Grafen för en ohmsk krets diskuteras i bilden nedan,

Ohms laggraf

Ohms lagenhet

Det finns tre fysiska storheter som är associerade med Ohms lag som inkluderar,

• Nuvarande
• Spänning
• Motstånd

Tabellen nedan visar de olika symbolerna och deras enhet som används.

Ohms lagekvationer

Ohms lag ger tre ekvationer som är:

• V = I × R
• I = V/R
• R = V/I

Var,

• I är spänningen,
• jag är strömmen, och
• R är motståndet.

Förhållandet mellan spänning, ström och motstånd: Ohms lag

Relationen mellan spänning, ström och resistans kan enkelt studeras med formeln,

V = IR

Var,

• I är spänningen,
• jag är motståndet, och
• R är motståndet.

Vi kan studera denna formel med hjälp av tabellen som diskuteras nedan,

Ohms lagtriangel

Ohms lagtriangel är en visuell representation för att förstå och lära sig Ohms lags relation mellan spänning, ström och resistans. Detta verktyg hjälper ingenjörer att komma ihåg ordningen på förhållandet mellan de tre huvudaspekterna: ström (I), spänning (V) och resistans (R).

Ohms lagtriangel

Vektorform av Ohms lag

Relationen mellan ström och spänning fastställs av Ohms lag, och dess vektorform är,

Var,

• är strömdensitetsvektor,
• är elektrisk fältvektor, och
• sid är materialets ledningsförmåga.

Resistivitet

Hindret som elektronerna möter när de rör sig i något material kallas materialets resistivitet.

Låt ett motstånd med längden 'l' och tvärsnittsarean för 'A' har ett motstånd vara R. Då vet vi,

Motståndet är direkt proportionellt mot längden på motståndet, dvs R ∝ l, . . .(1)

Motståndet är omvänt proportionellt mot motståndets tvärsnittsarea, dvs R ∝ 1/A . . .(2)

kombinera ekv. (1) och ekv.(2)

R = ρl/A

Var r är proportionalitetskonstanten som kallas motståndskoefficient eller resistivitet.

Om nu L = 1m och A = 1m², i formeln ovan får vi,

R = p

Detta innebär för ett motstånd med längden 1 m och tvärsnittsarean 1 m²resistansen kallas materialets resistivitet.

Experimentell verifiering av Ohms lag

Verifiering av Ohms lag uppnås genom att utföra följande experiment.

Utrustning krävs

Apparaten som krävs för att utföra experimentet för verifiering av Ohms lag är,

• Motstånd
• Amperemeter
• Voltmeter
• Batteri
• Plug Key
• Reostat

Kretsdiagram

Kretsschemat för den experimentella verifieringen av Ohms lag ges i diagrammet nedan,

Kretsdiagram av Ohms lag

Procedur

Proceduren för experimentell verifiering av Ohms lag nämns nedan:

• Nyckeln K stängs initialt och reostaten justeras så att avläsningen i amperemeter A och voltmeter V är minimal.
• Strömmen ökas sedan i kretsen genom att justera reostaten, och strömmen vid olika värden på reostaten och deras respektive spänning registreras.
• Nu för olika värden på spänning(V) och ström(I) och beräkna sedan förhållandet mellan V/I.
• Efter att ha beräknat alla förhållanden av V/I för olika värden på spänning och ström, märker vi att värdet är nästan konstant.
• När vi nu ritar en graf av strömmen mot potentialskillnaden får vi en rät linje. Detta visar att strömmen är direkt proportionell mot potentialskillnaden och dess lutning är trådens motstånd.

Ohms lag cirkeldiagram

För att bättre förstå sambandet mellan olika parametrar kan vi ta alla ekvationer som används för att hitta spänning, ström, resistans och effekt, och kondensera dem till ett enkelt Ohms lag cirkeldiagram som visas nedan:

Ohms lag cirkeldiagram

Ohms lagmatristabell

Liksom Ohms lag cirkeldiagram som visas ovan, kan vi kondensera de individuella Ohms lag-ekvationerna till en enkel matristabell som visas nedan för enkel referens när vi beräknar ett okänt värde.

Ohms lagmatristabell

Tillämpningar av Ohms lag

När de andra två siffrorna är kända kan Ohms lag användas för att bestämma spänningen, strömmen, impedansen eller resistansen hos en linjär elektrisk krets.

Huvudtillämpningar av Ohms lag:

• Det förenklar också effektberäkningar.
• För att hålla det önskade spänningsfallet mellan de elektriska komponenterna används Ohms lag.
• En elektrisk krets spänning, resistans eller ström måste bestämmas.
• Ohms lag används också för att omdirigera ström i DC-amperemetrar och andra DC-shuntar.

Hur upprättar man ett ström-spänningsförhållande?

Förhållandet V ⁄ I förblir konstant för ett givet motstånd medan ström-spänningsanslutningen upprättas, därför måste en graf över potentialskillnaden (V) och strömmen (I) vara en rät linje.

Hur kan vi upptäcka de okända resistansvärdena?

Det konstanta förhållandet är det som bestämmer de okända resistansvärdena. Motståndet hos en tråd med likformigt tvärsnitt beror på längden (L) och tvärsnittsarean (A). Det är också beroende av ledarens temperatur.

Motståndet, vid en given temperatur,

R = ρ L ⁄ A

var,
r är det specifika motståndet eller resistiviteten och är trådmaterialets egenskap.

Trådmaterialets specifika motstånd eller resistivitet är,

ρ = R A ⁄ L

Beräkna elektrisk effekt med Ohms lag

Vi definierar elektrisk kraft som den effekt som krävs av elektriska laddningar för att utföra olika arbeten. Hastigheten för att konsumera elektrisk energi kallas elektrisk kraft. Enheten för att mäta elektrisk effekt är watt. Med hjälp av Ohms lag kan vi enkelt hitta kraften i den elektriska kretsen. Formeln för att beräkna den elektriska effekten är,

P = VI

Var,

P är kretsens effekt, V är spänningen över kretsen och I är strömmen som passerar genom kretsen.

Vi vet att med Ohms lag,

V = IR

Genom att använda kraftformeln vi får,

P = V²/R

P = I²R

Begränsningar av Ohms lag

Olika begränsningar av Ohms lag är,

• Ohms lag gäller inte för ensidiga nätverk. Strömmen kan bara flyta i en riktning i ensidiga nätverk. Dioder, transistorer och andra elektroniska komponenter används i dessa typer av nätverk.
• Icke-linjära komponenter är också undantagna från Ohms lag. Icke-linjära komponenter har en ström som inte är proportionell mot den applicerade spänningen, vilket innebär att resistansvärdet för dessa element varierar beroende på spänningen och strömmen. Tyristorn är ett exempel på ett icke-linjärt element.

Analogier av Ohms lag

Det finns olika analogier som givits tidigare för att förklara Ohms lag, några av de vanligaste analogierna är:

• Vattenrörsanalogi
• Temperaturanalogi

Låt oss diskutera dessa analogier i detalj.

Vattenrörsanalogi för Ohms lag

Vi vet att strömmen som passerar genom vilken krets som helst beror på den pålagda spänningen och kretsens resistans. Men vi kan se strömmen som flyter genom kretsen, för att förstå den bättre använder vi vattenrörsanalogin där det strömmande vattnet representerar strömmen och vi kan förstå Ohms lag med detta koncept.

Vatten som strömmar genom rören liknar strömmen som strömmar genom den elektriska kretsen. Vi vet att i en elektrisk krets krävs Spänning för att flytta strömmen i kretsen på samma sätt. Trycket i vattenledningssystemet gör att vattnet flyter lätt i systemet.

Om trycket ökas strömmar mer vatten genom röret som liknar Ohms lag som säger att om spänningen ökas, flyter mer ström genom den elektriska kretsen.

sortera arraylist i java

Temperaturanalogi

På samma sätt kan en temperaturkrets också jämföras med en ohmsk ledare. Här fungerar temperaturgradienten på samma sätt som spänning, och värmeflödet fungerar på samma sätt som ström.

Läs mer,

• Motstånd
• Faktorer som påverkar motstånd
• Självinduktans

Lösta exempel på Ohms lag

Exempel 1: Hitta resistansen i en elektrisk krets med en spänningsmatning på 15 V och en ström på 3 mA.

Lösning:

Given:

V = 15 V,

I = 3 mA = 0,003 A

Resistansen hos en elektrisk krets ges som:

⇒ R = V/I

⇒ R = 15 V / 0,003 A
⇒ R = 5000 Ω
⇒ R = 5 kΩ

Därför är motståndet i en elektrisk krets 5 kΩ .

Exempel 2: Om motståndet hos ett elektriskt strykjärn är 10 Ω och en ström på 6 A flyter genom motståndet. Hitta spänningen mellan två punkter.

Lösning:

Given:

I = 6 A, R = 10 Ω

Formeln för att beräkna spänningen ges som:

V = I × R

⇒ V = 6 A × 10 Ω
⇒ V = 60 V

Därför är spänningen mellan två punkter 60 V .

Exempel 3: Hitta strömmen som passerar genom ledaren som drar 20 volt när den drar effekt av den är 60 watt.

Lösning:

Enligt Ohms P = VI

Givet P = 60 watt, V = 20 volt

⇒ I = P/V
⇒ I = 60/20
⇒ I = 3 A

Därför är strömmen som flyter genom ledaren 3 A

Exempel 4: Ett batteri på 6 V är anslutet till glödlampan med resistans 4 Ω. Hitta strömmen som passerar genom glödlampan och kretsens effekt.

Lösning:

Given,
V=6V
R = 4 Ω

Vi vet det,

V = IR (Ohms lag)

⇒ 6 = 4R

⇒ I = 6 ÷ 4 = 1,5 A

⇒ I = 1,5 A

Således är strömmen som flyter genom glödlampan 1,5 A

För kraften i kretsen

P = VI

⇒ P = (6)(1,5)

⇒ P = 9 watt

Således är kretsens effekt 9 watt.

Vanliga frågor om Ohms lag

F1: Vad är Ohms lag?

Svar:

Enligt Ohms lag är strömmen som passerar genom ledaren direkt proportionell mot potentialskillnaden över änden på ledaren, om temperaturen och de andra fysiska förhållandena inte ändras.

F2: Vem upptäckte Ohms lag?

Svar:

Den tyske fysikern Georg Simon Ohm var den första som förklarade Ohms lag. Han konstaterade att strömmen som passerar genom ledaren är direkt proportionell mot den pålagda spänningen.

F3: Är Ohms lag universellt tillämplig?

Svar:

Nej Ohms lag är inte en universell lag eftersom den inte är tillämplig på alla elektriska kretsar.

• Kretsarna som följer Ohms lag kallas Ohmic Circuit
• De kretsar som inte följer Ohms lag kallas icke-ohmsk krets

F4: När upptäcktes Ohms lag?

Svar:

Ohms lag uttalades först av Georg Simon Ohm i hans bok The Galvanic Chain, Mathematically Edited år 1827.

F5: Vad är enheten för motstånd?

Svar:

SI-enheten för motstånd är Ohm. Det betecknas med Ω.

fetstil i css

F6: Vad är den dimensionella formeln för motstånd?

Svar:

Dimensionell formel för motstånd är [M¹L²T^-3jag^-2]

F7: Varför gäller inte Ohms lag för halvledare?

Svar:

Halvledande enheter är olinjära till sin natur på grund av vilken Ohms lag inte gäller dem. Detta indikerar att spänning-till-strömförhållandet inte förblir konstant när spänningen varierar.

F8: När misslyckas Ohms lag?

Svar:

Beteendet hos halvledare och ensidiga enheter som dioder definierar Ohms lag. Om fysiska faktorer som temperatur och tryck inte hålls konstanta, kanske inte Ohms lag ger de avsedda effekterna.