De De wet van Ohm, in zijn macroscopische vorm geeft het aan dat de spanning en de intensiteit van de stroom in een circuit recht evenredig zijn, waarbij de weerstand de constante van evenredigheid is. Door deze drie grootheden aan te duiden als respectievelijk V, I en R, stelt de wet van Ohm dat: V = I.R.
Evenzo wordt de wet van Ohm gegeneraliseerd om circuitelementen te omvatten die niet puur resistief zijn in wisselstroomcircuits, op deze manier neemt het de volgende vorm aan: V = I. Z.
Waar Z is de impedantie, die ook de oppositie vertegenwoordigt van de doorgang van wisselstroom door een circuitelement, bijvoorbeeld een condensator of een inductantie.
Opgemerkt moet worden dat niet alle circuitmaterialen en -elementen voldoen aan de wet van Ohm. Degenen waarin het geldig is, worden elementen genoemd ohms, en waarin het niet wordt vervuld, zijn ze dat wel niet-ohms of niet-lineair.
Gangbare elektrische weerstanden zijn van het ohmse type, maar diodes en transistors niet, aangezien de relatie tussen spanning en stroom daarin niet lineair is..
De wet van Ohm dankt zijn naam aan de in Beieren geboren Duitse natuurkundige en wiskundige George Simon Ohm (1789-1854), die zijn carrière besteedde aan het bestuderen van het gedrag van elektrische circuits. De eenheid voor elektrische weerstand in het SI International System is naar hem vernoemd: de ohm, die ook wordt uitgedrukt door de Griekse letter Ω.
Artikel index
Hoewel de macroscopische vorm van de wet van Ohm de bekendste is, omdat deze grootheden koppelt die gemakkelijk meetbaar zijn in het laboratorium, is de microscopische vorm relateert twee belangrijke vectorgrootheden: het elektrische veld EN en de huidige dichtheid J
J = σ.EN
Waar σ de elektrische geleidbaarheid van het materiaal is, een eigenschap die aangeeft hoe gemakkelijk het is om stroom te geleiden. Voor zijn deel J is een vector waarvan de grootte het quotiënt is tussen de stroomsterkte I en het dwarsdoorsnedegebied A waardoor het circuleert.
Het is logisch om aan te nemen dat er een natuurlijke verbinding is tussen het elektrische veld in een materiaal en de elektrische stroom die er doorheen circuleert, zodat hoe groter de stroom, hoe meer stroom.
Maar de stroom is geen vector, omdat hij geen richting in de ruimte heeft. In plaats daarvan de vector J staat loodrecht -of normaal- op het dwarsdoorsnedegebied van de geleider en zijn richting is die van de stroom.
Uit deze vorm van de wet van Ohm komen we bij de eerste vergelijking, uitgaande van een geleider met lengte ℓ en doorsnede A, en de grootte van J Y EN voor:
J = I / A
E = V / ℓ
J = σ.E → I / A = σ.V / ℓ)
V = (ℓ / σ.A) .I
Het omgekeerde van geleidbaarheid wordt genoemd weerstandsvermogen en wordt aangeduid met de Griekse letter ρ:
1 / σ = ρ
Daarom:
V = (ρℓ / A) .I = R.I
In de vergelijking V = (ρℓ / A) .I, de constante ρℓ / A) is de weerstand, daarom:
R = ρℓ / A
De weerstand van de geleider is afhankelijk van drie factoren:
-Zijn soortelijke weerstand ρ, typisch voor het materiaal waarmee het is gemaakt.
-De lengte ℓ.
-Het gebied A van zijn doorsnede.
Hoe hoger ℓ, hoe groter de weerstand, aangezien stroomdragers meer mogelijkheden hebben om in botsing te komen met andere deeltjes in de geleider en energie te verliezen. En integendeel, hoe hoger A, hoe gemakkelijker het is voor huidige dragers om zich ordelijk door het materiaal te bewegen..
Ten slotte schuilt in de moleculaire structuur van elk materiaal het gemak waarmee een stof de elektrische stroom doorlaat. Zo zijn metalen zoals koper, goud, zilver en platina, met een lage soortelijke weerstand, goede geleiders, terwijl hout, rubber en olie dat niet zijn, en daarom hebben ze een hogere soortelijke weerstand..
Hier zijn twee illustratieve voorbeelden van de wet van Ohm.
Een eenvoudige ervaring illustreert de wet van Ohm, hiervoor heb je een stuk geleidend materiaal, een variabele spanningsbron en een multimeter nodig.
Tussen de uiteinden van het geleidende materiaal wordt een spanning V tot stand gebracht, die beetje bij beetje moet worden gevarieerd. Met de variabele stroombron kunnen de waarden van deze spanning worden ingesteld, die worden gemeten met de multimeter, evenals de stroom I die door de geleider circuleert..
De paren van V- en I-waarden worden in een tabel geregistreerd en er wordt een grafiek op ruitjespapier mee geconstrueerd. Als de resulterende curve een rechte lijn is, is het materiaal ohms, maar als het een andere curve is, is het materiaal niet-ohms.
In het eerste geval kan de helling van de lijn worden bepaald, wat overeenkomt met de weerstand R van de geleider of zijn omgekeerde, de geleiding.
In de onderstaande afbeelding vertegenwoordigt de blauwe lijn een van deze grafieken voor een ohms materiaal. Ondertussen zijn de gele en rode curven gemaakt van niet-ohmse materialen, zoals bijvoorbeeld een halfgeleider..
Het is interessant om te weten dat de elektrische stroom in de wet van Ohm zich op dezelfde manier gedraagt als water dat door een pijp stroomt. De Engelse natuurkundige Oliver Lodge was de eerste die een simulatie van het gedrag van de stroming voorstelde met behulp van hydraulische elementen.
De pijpen stellen bijvoorbeeld de geleiders voor, aangezien het water erdoor circuleert en de stroomdragers erdoorheen. Wanneer er een vernauwing in de buis zit, is de doorgang van water moeilijk, dus dit zou gelijk staan aan een elektrische weerstand.
Het verschil in druk aan twee uiteinden van de buis zorgt ervoor dat het water kan stromen, wat een hoogteverschil of een waterpomp oplevert, en op dezelfde manier is het verschil in potentiaal (de batterij) wat de lading in beweging houdt., Gelijk aan de stroom of volume water per tijdseenheid.
Een zuigerpomp zou de rol van een wisselspanningsbron spelen, maar het voordeel van het inschakelen van een waterpomp is dat het hydraulische circuit dus gesloten zou zijn, net zoals een elektrisch circuit moet zijn om stroom te laten stromen.
Het equivalent van een schakelaar in een circuit, het zou een kraan zijn. Het wordt als volgt geïnterpreteerd: als het circuit open is (kraan gesloten), kan de stroom, net als het water, niet stromen.
Aan de andere kant kan met de schakelaar gesloten (kraan volledig open) zowel de stroom als het water probleemloos door de geleider of buis stromen.
De kraan of klep kan ook een weerstand vertegenwoordigen: wanneer de kraan volledig is geopend, komt dit overeen met een weerstand van nul of een kortsluiting. Als het volledig sluit, is het alsof het circuit open is, terwijl het gedeeltelijk gesloten is, is het alsof het een weerstand heeft van een bepaalde waarde (zie figuur 3).
Het is bekend dat een strijkijzer 2A bij 120V nodig heeft om goed te functioneren. Wat is uw weerstand?
Los de weerstand van de wet van Ohm op:
R = V / I = 120 V / 2 A = 60 Ω
Een draad met een diameter van 3 mm en een lengte van 150 m heeft een elektrische weerstand van 3,00 Ω bij 20 ° C. Zoek de soortelijke weerstand van het materiaal.
De vergelijking R = ρℓ / A is geschikt, daarom moet eerst de dwarsdoorsnede worden bepaald:
A = π(D / 2)twee = π (3 x 10-3 m / 2)twee = 4,5π x 10 -6 mtwee
Ten slotte krijg je bij het wisselen:
ρ = A.R / ℓ = 4,5π x 10 -6 mtwee x 3 Ω / 150 m = 2,83 x 10 -7 Ω.m
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.