Ohm yasası- elektriksel büyüklükler arasındaki ilişkiyi belirleyen fiziksel bir yasa - iletkenler için voltaj, direnç ve akım.
İlk olarak 1826'da (bir galvanometre kullanarak) gösteren Alman fizikçi Georg Ohm tarafından keşfedildi ve tanımlandı. nicel ilişki arasında elektrik hareket gücü, elektrik akımı ve iletkenin özellikleri, orantılı bir ilişki olarak.
Daha sonra, bu bağımlılığa dayalı olarak elektrik akımına dayanabilen iletkenin özellikleri, elektrik direnci (Direnç) olarak adlandırılmaya başlandı, hesaplamalarda ve diyagramlarda harfle gösterilir. R ve keşfedenin onuruna ohm cinsinden ölçülmüştür.
Elektrik enerjisinin kaynağının kendisi de genellikle harfle gösterilen iç dirence sahiptir. r.

Ohm'un kardeşi Martin Ohm, Alman eğitim sistemine karşı savaştı. Tüm bu faktörler, Ohm'un yılın on yılına kadar tam olarak kabul edilmeyen çalışmasını kabul etmeyi zorlaştırdı. Neyse ki, Omu ölmeden önce bilime yaptığı katkılardan dolayı tanındı. Johnson-Nyquist gürültüsü olarak bilinen bu dalgalanma, yükün ayrıklığından kaynaklanmaktadır. Ohm yasası, dirençli malzemeler için ortalama akım için geçerlidir. Ohm'un çalışması, Maxwell'in denklemlerinin yanı sıra herhangi bir devre anlayışından önce geldi. alternatif akım. Elektromanyetik teori ve devre analizi alanındaki modern gelişmeler, uygun sınırlar içinde değerlendirildiğinde Ohm yasasına aykırı değildir.

Bir devre bölümü için Ohm yasası

Yani okul kursu Fizikçiler, Ohm Yasasının klasik yorumunun çok iyi farkındadır:

Bir iletkendeki akım, iletkenin uçlarındaki voltajla doğru orantılı ve direnciyle ters orantılıdır.

Bunun anlamı, eğer iletken direncinin uçlarına R= 1 ohm voltaj uygulandı sen\u003d 1 Volt, ardından mevcut değer ben iletkende 1/1 \u003d 1 Ampere eşit olacaktır.

Seri bağlı oldukları devreyi, bir voltaj kaynağını ve 6 ohm'luk bir direnci analiz ederek bunu anlamak kolaydır. Akü voltajı, direncin değeri ve akünün direnç üzerinden sağladığı ve dolaştırdığı akım arasında bir ilişki kurabilirsiniz. Aynı formülden, akımın ve direncin bir fonksiyonu olarak voltajı, ardından Ohm Yasasını temizleyebilirsiniz. Yani daha fazla direnç daha fazla eğime sahiptir.

Ohm Yasasının üç ifadesini ezberlemek için, yukarıdaki formüllerle çok ortak noktası olan ve üç durum verebilen bir üçgen kullanır. Gerilimdeki bir artış, akımda bir artış anlamına gelir ve akımdaki bir artış, voltajda bir artış anlamına gelir. Sabit bir voltajda: akımdaki bir artış, dirençte bir azalmaya neden olur ve dirençteki bir artış, akımda bir azalmaya neden olur. DC: Voltaj direnci takip eder. Dirençteki bir artış, voltajda bir artışa neden olur ve voltajdaki bir artış, dirençte bir artışa neden olur. Sabit bir direnç değerinde: akım voltajı takip eder. . Bu yasa özellikle üç kavram arasındaki ilişkiyi inceler: akış, potansiyel fark ve elektrik.

Bundan iki faydalı ilişki daha çıkar:

Direnç 1 ohm olan bir iletkenden 1 amperlik bir akım geçerse, iletkenin uçlarındaki gerilim 1 volttur (gerilim düşüşü).

İletkenin uçlarında 1 voltluk bir gerilim varsa ve içinden 1 amperlik bir akım geçiyorsa, iletkenin direnci 1 ohm'dur.

Bu formdaki yukarıdaki formüller, yalnızca devre yalnızca aşağıdakilerden oluşuyorsa alternatif akıma uygulanabilir: aktif direnç R.
Ayrıca Ohm Yasasının sadece lineer devre elemanları için geçerli olduğu unutulmamalıdır.

Ohm yasası, elektrik akımı fenomenini açıklamanıza izin verir

En basit haliyle, bu yasa, bir elektrik iletkeninden akan akımın potansiyel farkla doğru orantılı ve paralel olarak dirençle ters orantılı olduğunu belirtir. Bunun nedeni, bir bakır tel gibi bir kanal aracılığıyla elektronların bir noktadan diğerine geçişidir. Bu nedenle, akım yoğunluğu, belirli bir zamanda bir iletkenden geçen elektronların sayısını ifade eder ve bunların ölçümü amplifikatörlerdir.

Potansiyel fark, yaygın olarak bilinen elektrik gerilimi, elektronların iletken boyunca hareket etmesine izin verendir ve birimi volttur. Son olarak, direnç, bazı iletkenlerin elektrik akımının geçişine sunduğu az ya da çok karşıtlıktır.

Pratik hesaplamalar için basit bir çevrimiçi hesap makinesi sunulmaktadır.

Ohm kanunu. Gerilim, direnç, akım, güç hesabı.
Sıfırlamadan sonra bilinen iki parametreyi girin.

Kapalı devre için Ohm yasası

Güç kaynağına dirençli bir harici devre bağlıysa R, kaynağın iç direncini dikkate alarak devrede bir akım akacaktır:

Bu basit formül, voltaj, akım ve direncin nasıl ilişkili olduğunu açıklar. Ohm Yasasının keşfi, Alexander Volta'nın araştırması sayesinde elektrik akımı üretiminin zaten bilindiği bir çağ olan on dokuzuncu yüzyılın başında gerçekleşti. Alman bilim adamı Georg Simon Ohm, Volta tarafından keşfedilen yeni sıvının ilerlemelerini araştırmak istedi ve sonunda kendi adını taşıyan yasayı keşfedene kadar metalik cisimler kullanarak elektriğin özellikleri üzerinde deneyler yapmaya başladı.

Ohm yasası kesinlikle Maxwell'in elektromanyetik teorisi tarafından geliştirildi.

Ohm yasası elektriğin nasıl çalıştığını açıklamaya önemli bir katkı olsa da, Georg Simon Ohm elektriğe müdahale eden diğer yasaları, Kirchhoff yasalarını dikkate almadığı için bu yasaya her zaman uyulmadığı belirtilmelidir. Bilim adamı James Clerk Maxwell elektriği ve Maxwell yasalarını birleştirene kadar birçok elektrik olayı açıklanamadı.

ben- Devredeki akımın gücü.
- Elektromotor kuvveti (EMF) - harici devreden (yüksüz) bağımsız olarak güç kaynağının voltajının büyüklüğü. karakterize potansiyel enerji kaynak.
r- Güç kaynağının iç direnci.

Elektromotor kuvvet için, dış direnç R ve iç r seri bağlanırsa, devredeki akımın büyüklüğü EMF'nin değeri ve dirençlerin toplamı ile belirlenir: ben = /(R+r) .

Voltaj veya voltaj olarak da bilinir, ancak her iki niceliği nasıl ilişkilendirirler? Bir öğretmen olan fizikçi Georg Simon Ohm'du. lise, bunlardan ilki, şimdi Ohm yasası olarak bildiğimiz bu ilişkiyi kurdu. Bir iletkenden geçen akım, uçları arasındaki potansiyel farkla doğru orantılı ve elektrik direnciyle ters orantılıdır.

Ohm yasasına uyan sürücüler

Ohm kanunu ifadesi de genellikle aşağıdaki gibi yazılır. Bu son ifade, bir azalmayı veya kaybı yansıttığı için çok önemlidir. elektrik potansiyeli iki direnç noktası arasında Ohm kanunu ifadesi, basit devreleri analiz etmek için yaygın olarak kullanılır. Ancak bu çoğu durumda geçerli değildir. Daha önce elektrik direnci ile ilgili bölümde incelediğimiz gibi, bir cismin direnci bağlıdır.

Harici devrenin terminallerindeki voltaj, akım gücüne ve direncine göre belirlenecektir. R Yukarıda tartışılan ilişki: U=IR.
Gerilim sen, yükü bağlarken R, ürünün değerine göre her zaman EMF'den daha az olacaktır ben*r güç kaynağının iç direnci boyunca voltaj düşüşü olarak adlandırılan .
Kısmen boşalmış pilleri veya akümülatörleri çalışırken gördüğümüzde bu fenomenle oldukça sık karşılaşıyoruz.
Boşaldıklarında iç dirençleri artar, bu nedenle kaynağın içindeki voltaj düşüşü artar, bu da dış voltajın düştüğü anlamına gelir. sen = - ben*r.
Kaynağın akımı ve iç direnci ne kadar düşükse, EMF değeri ve terminallerindeki voltaj o kadar yakın olur. sen.
Devredeki akım sıfır ise = sen. Devre açık, kaynağın EMF'si terminallerindeki voltaja eşittir.

Bu nedenle, Ohm yasası yalnızca sürücü belirli bir sıcaklık aralığında olduğunda geçerlidir. Ohm yasası sadece omik olarak adlandırılan bazı malzemeler için geçerlidir, ancak iyonize gaz örnekleri ve eksensiz olarak adlandırılan diğer iletkenler için geçerli değildir. Onu oluşturan malzeme. . En ünlüsü, Leiden şişesi olarak bilinen Leiden şehrinde Hollandalı Musbrok tarafından yapılan şişeydi.

Vücudun uçlarını potansiyel bir farka maruz bırakma eylemi, "elektrik akımı" adı verilen bir yönde yüklerin sürekli ve düzenli hareketine neden olur. Hareketli yüklerin çalışmasına "elektrodinamik" denir. Ancak atom yapısını bildiğimiz için değerinin negatiften pozitife doğru olduğunu biliyoruz. Yani bir cismin elektron kaybettiğinde pozitif yüklü, elektron aldığında ise negatif yüklü olduğunu söylüyoruz.

Kaynağın iç direncinin ihmal edilebileceği durumlarda ( r≈ 0), kaynak terminallerindeki voltaj EMF'ye eşit olacaktır ( ≈ sen) harici devrenin direncinden bağımsız olarak R.
Böyle bir güç kaynağı denir voltaj kaynağı.

Alternatif akım için Ohm yasası

AC devresinde endüktans veya kapasitans varsa bunların reaktansı dikkate alınmalıdır.
Bu durumda Ohm Yasası şu şekilde yazılacaktır:

Bu, bir iletken boyunca dolaşan elektronların akışıdır. İletkenin kesitinden belirli bir zaman diliminde akan yük miktarı olarak elde edilebilir. Yoğunluğu ölçen bir cihaza ampermetre denir. Bu, bir iletkendeki yük akışının her zaman aynı yönde aktığı yerdir. Piller tarafından üretilir.

Her terminal, pozitif veya negatif olabilen bir kutup olarak adlandırılır. Bu, sürücü üzerindeki yük akışının zaman içinde yönünü döngüsel olarak değiştirdiği yerdir. Elektrik Akımının Etkileri İletkenlerden geçen elektrik akımı, iletkenlerin yapısına ve akımın şiddetine bağlı olarak farklı etkilere sahiptir.

Burada Z- toplam (karmaşık) devre direnci - iç direnç. Aktif içerir R ve reaktif X bileşenler.
Reaktans, reaktif elemanların derecelerine, devredeki akımın frekansına ve şekline bağlıdır.
Sayfa empedansında karmaşık direnç hakkında daha ayrıntılı bilgi edinebilirsiniz.

Bu akım doğrudan gergin sistem sinir kasılmalarına neden olur. Bu olduğunda, elektrik çarpması olduğu söylenir. Bu çarpışmalar sonucunda atomlar titreşim enerjilerini arttırır ve malzeme ısınır. Bu etki sobalarda, anafralarda, saç kurutma makinelerinde vb.

Böylece manyetik iğne iletken akıma yaklaştığında iğnenin konumundan keskin bir şekilde saptığı gözlenir. Bu etki belki de teknoloji açısından en önemlisidir. Elektrik enerjisi, floresan lambalar, deşarj tüpleri ve ışık diyotları gibi ışık enerjisine dönüştürülür.

Faz kaymasını dikkate alarak φ , reaktif elemanlar tarafından oluşturulan, sinüzoidal bir alternatif akım için, Ohm Yasası genellikle yazılır karmaşık biçimde:

Karmaşık akım genliği. = ben am e jφ
- karmaşık voltaj genliği. = U amp e jφ
- karmaşık direnç. İç direnç.
φ - akım ve gerilim arasındaki faz açısı.
e bir sabittir, doğal logaritmanın tabanıdır.
j hayali birimdir.
Ben amfi, U amfi- sinüzoidal akım ve voltajın genlik değerleri.

Örneğin, bir akım asidik sudan geçerse oksijen ve hidrojene ayrışır. gerilim veya elektrik hareket gücü bir yükün bir iletkenden geçmesi için gerekli olan enerjidir. Gerilim veya potansiyel farkı olarak da bilinir. Bir pil, akümülatör veya alternatör tarafından üretilebilir.

Yaygın olarak kullanılan bir alet, volt, amper, ohm vb.'ye ek olarak ölçülebilen bir multimetre olarak adlandırılır. Gerilim = Gerilim = Potansiyel fark. Bu, herhangi bir malzemenin elektrik akımının geçişine doğal karşıtlığıdır. Düz bir iletken durumunda, elektrik direnci malzemenin uzunluğuna, alanına ve özdirencine bağlıdır.

Doğrusal olmayan elemanlar ve devreler

Ohm yasası temel bir doğa yasası değildir ve örneğin çoğu iletken için sınırlı durumlarda uygulanabilir.
Bu bağımlılığın orantılı olmadığı ve yalnızca akım-gerilim karakteristiği (CVC) kullanılarak belirlenebildiği yarı iletken veya vakum cihazlarında voltaj ve akımı hesaplamak için kullanılamaz. Bu eleman kategorisi, tüm yarı iletken cihazları (diyotlar, transistörler, zener diyotlar, tristörler, varikaplar vb.) ve vakum tüplerini içerir.
Bu tür elemanlara ve kullanıldıkları devrelere doğrusal olmayan denir.

Uzunluk: İletken ne kadar uzun olursa direnç de o kadar büyük olacaktır, çünkü elektron darbelerinin sayısı da daha fazla olacaktır. Malzemenin doğası: moleküler bileşim nedeniyle, malzemeler, Yunan harfi ρ ile temsil edilen özdirenç katsayısı ile temsil edilen farklı direnç derecelerine sahiptir.

Tablo, belirli değerleri gösterir. elektrik direnci bazı maddeler. Yukarıdaki faktörleri karşılaştırarak, bunu belirleyebiliriz. Orantılılık sabiti, direnç katsayısına karşılık gelir ve değeri, her maddenin karakteristiğidir. AT uluslararası sistemΩ ile ifade edilir. m.

1826'da Alman bilim adamı Georg Ohm bir keşif yaptı ve
akım gücü, voltaj ve devredeki iletkenin özellikleri gibi göstergeler arasındaki ilişki hakkında ampirik bir yasa. Daha sonra, bilim adamının adıyla Ohm yasası olarak anılmaya başlandı.

Daha sonra bu özelliklerin, iletkenin elektrikle teması sürecinde meydana gelen direncinden başka bir şey olmadığı ortaya çıktı. Bu dış dirençtir (R). Ayrıca akım kaynağına özel bir iç direnç (r) vardır.

İletken parçacıkların termal karışımı, ya dışarıdan sağlanan ısı ya da elektronlar ve atomlar arasındaki çarpmaların kendileri tarafından arttırılır. Çarpışmalardaki bu artış nedeniyle serbest elektronlar daha sık duracak, dolayısıyla akım azalacaktır.

α katsayıları her malzemeye bağlıdır. Örnek 1 - Direncin hesaplanması. Belirlemek direnç 4 km uzunluğunda, 16 mm2 kesitli ve 20 ohm dirençli bir iletken. Çözüm: Formülü uyguluyoruz. Bundan ρ özdirencini iyileştiriyoruz.

Bir devre bölümü için Ohm yasası

Devrenin belirli bir bölümü için genelleştirilmiş Ohm yasasına göre, devre bölümündeki akım gücü, bölümün uçlarındaki voltajla doğru orantılı ve dirençle ters orantılıdır.

U, bölümün uçlarının voltajı olduğunda, I akım gücüdür, R iletkenin direncidir.

Yukarıdaki formülü dikkate alarak basit matematiksel işlemler yaparak U ve R'nin bilinmeyen değerlerini bulmak mümkündür.

Örnek 2 - Bir iletkenin uzunluğunun hesaplanması. 6 mm çapında ve 500 ohm dirençli bir demir-nikel telin uzunluğunu hesaplayın. Çözüm. İlk önce, çaptan kesiti hesaplayın. Alman fizikçi George Ohm, bir elektrik akımının bir iletkenden geçebilmesi için uçlarında bir elektrik voltajının olması gerektiğine karar verdi; bu nedenle devrenin geçtiği voltaj ile içinden geçen akım arasında bir ilişki olmalıdır.

Ohm, elektrik akımı ile akışkan akımı arasında bir analoji kurarak, ister tam bir devre olsun, isterse bir iletken durumunda, uçları arasındaki potansiyel fark olsun, akımın voltajla doğru orantılı olduğunu buldu; Akışın, söz konusu parçanın uçları arasındaki basınç farkıyla orantılı olduğu bir su borusunda olanlara benzer bir şey.

Yukarıda verilen formüller yalnızca ağ bir dirençle karşılaştığında geçerlidir.

Kapalı devre için Ohm yasası

Mevcut güç komple zincir devrenin homojen ve homojen olmayan bölümlerinin dirençlerinin toplamına bölünen EMF'ye eşittir.

Kapalı bir ağın hem iç hem de dış dirençleri vardır. Bu nedenle, ilişki formülleri farklı olacaktır.

Daha sonra önerilen ifadenin temizlenmesi gerekir. 12 V'luk bir gerilime maruz kalan ve 20 mA'lık bir akım dolaşan bir elektrikli cihazın direncini hesaplayın. 120 voltta 3 amper çeken fırının direncine dikkat edin.

Çözüm: Ohm yasasını uyguluyoruz. 5 amper dolaştırmak için 30 ohm'luk bir reostaya hangi potansiyel fark uygulanmalıdır? Elektrik akımının dolaşımını mümkün kılan iletken elemanların birleşimidir. Herhangi elektrik devresi tüketim veya direnç, dönüştüren unsurlardır. elektrik enerjisi başka bir enerji türüne dönüştürülür.

E elektromotor kuvvet (EMF) olduğunda, R kaynağın dış direnci, r kaynağın iç direncidir.

Bir zincirin homojen olmayan bir bölümü için Ohm yasası

Kapalı bir elektrik şebekesi, doğrusal ve doğrusal olmayan yapıdaki bölümleri içerir. Akım kaynağı olmayan ve dış etkilere bağlı olmayan bölümler doğrusal, kaynak içeren bölümler doğrusal değildir.

Homojen bir yapıya sahip bir ağın bir bölümü için Ohm yasası yukarıda belirtilmiştir. Doğrusal olmayan bir bölümle ilgili yasa aşağıdaki forma sahip olacaktır:

ben = U/ R = f1 – f2 + E/ R

f1 - f2, dikkate alınan ağ bölümünün uç noktalarındaki potansiyel fark olduğunda

R, devrenin doğrusal olmayan bölümünün toplam direncidir.

Devrenin doğrusal olmayan bir bölümünün emk'si sıfırdan büyük veya daha küçüktür. Elektrik şebekesindeki akımın hareketi ile kaynaktan gelen akımın hareket yönü aynı ise pozitif yüklerin hareketi hakim olacak ve EMF pozitif olacaktır. Yönlerin çakışması durumunda ağda trafik artacaktır. negatif masraflar EMF tarafından yaratılmıştır.

Alternatif akım için Ohm yasası

Ağda mevcut olan kapasitans veya atalet ile, akımın değişken hale geldiği eylemden dirençlerini verdikleri hesaplamalarda dikkate alınmalıdır.

Ohm'un alternatif akım yasası şöyle görünür:

burada Z, elektrik şebekesinin tüm uzunluğu boyunca dirençtir. empedans da denir. Empedans, aktif ve reaktif dirençlerden oluşur.

Ohm yasası temel bir bilimsel yasa değil, yalnızca ampirik bir ilişkidir ve bazı koşullarda gözlemlenmeyebilir:

  • Ağın frekansı yüksek olduğunda, elektromanyetik alan şundan değişir: yüksek hız ve hesaplamalarda ücret taşıyıcılarının ataletini hesaba katmak gerekir;
  • Süper iletkenliğe sahip maddelerle düşük sıcaklık koşulları altında;
  • Bir iletken, geçen bir voltaj tarafından kuvvetli bir şekilde ısıtıldığında, akımın voltaja oranı değişken hale gelir ve genel yasayı takip etmeyebilir;
  • Bir iletken veya dielektrik yüksek voltaj altındayken;
  • LED lambalarda;
  • Yarı iletkenler ve yarı iletken cihazlar.

Buna karşılık, Ohm yasasına uyan elemanlara ve iletkenlere omik denir.

Ohm yasası, bazı doğal fenomenler için bir açıklama sağlayabilir. Örneğin, yüksek voltajlı kabloların üzerinde oturan kuşları gördüğümüzde, bir sorumuz var - neden etkilenmezler? elektrik? Bu oldukça basit bir şekilde açıklanmıştır. Tellerin üzerinde oturan kuşlar bir tür iletkendir. Gerginliğin çoğu kuşların arasındaki boşluklara düşer ve "rehberlerin" kendilerine düşen pay onlar için tehlike oluşturmaz.

Ancak bu kural yalnızca tek bir kişiyle çalışır. Bir kuş, bir tele veya bir telgraf direğine gagasıyla veya kanadıyla dokunursa, bu bölgelerin taşıdığı büyük miktarda stres nedeniyle kaçınılmaz olarak ölecektir. Bu tür vakalar her yerde oluyor. Bu nedenle, güvenlik nedeniyle bazı Yerleşmeler kuşları tehlikeli voltajdan korumak için özel cihazlar kurulmuştur. Bu tür tüneklerde kuşlar tamamen güvendedir.

Ohm yasası da pratikte yaygın olarak uygulanmaktadır. Çıplak bir kabloya tek bir dokunuşla elektrik, bir insan için ölümcüldür. Ama bazı durumlarda direnç insan vücudu farklı olabilir.

Bu nedenle, örneğin kuru ve bozulmamış cilt, terle kaplı bir yara veya cilde göre elektriğe karşı daha büyük bir dirence sahiptir. Yorgunluk nedeniyle, Sinir gerginliği ve zehirlenme, küçük bir voltajla bile, bir kişi güçlü bir elektrik çarpması alabilir.

Ortalama olarak, insan vücudunun direnci 700 ohm'dur, bu da bir kişi için 35 V'luk bir voltajın güvenli olduğu anlamına gelir.Yüksek voltajla çalışan uzmanlar kullanır.