Ohms lag – hur spänning, ström och motstånd hänger ihop

Det första, och kanske viktigaste, förhållandet mellan ström, spänning och resistans kallas Ohms lag, upptäckt av Georg Simon Ohm och publicerad i hans artikel från 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically.

Spänning, ström och motstånd
En elektrisk krets bildas när en ledande bana skapas för att tillåta elektrisk laddning att kontinuerligt röra sig. Denna kontinuerliga rörelse av elektrisk laddning genom ledarna i en krets kallas en ström, och den kallas ofta för “flöde”, precis som flödet av en vätska genom ett ihåligt rör. Den kraft som motiverar laddningsbärare att “flyta” i en krets kallas spänning. Spänning är ett specifikt mått på potentiell energi som alltid är relativt mellan två punkter. När vi talar om att en viss mängd spänning finns i en krets, syftar vi på mätningen av hur mycket potentiell energi som finns för att flytta laddningsbärare från en viss punkt i den kretsen till en annan speciell punkt. Utan hänvisning till två särskilda punkter har termen “spänning” ingen betydelse. Ström tenderar att röra sig genom ledarna med en viss grad av friktion eller motstånd mot rörelse. Detta motstånd mot rörelse kallas mer korrekt för motstånd. Mängden ström i en krets beror på mängden spänning och mängden motstånd i kretsen för att motverka strömflödet. Precis som spänning är resistans en kvantitet som är relativ mellan två punkter. Av denna anledning anges ofta mängderna av spänning och resistans som “mellan” eller “tvärs” två punkter i en krets.

Mätenheter: Volt, Amp och Ohm

p>

Mätningsenheter: Volt, Amp och Ohm

strong>
För att kunna göra meningsfulla uttalanden om dessa storheter i kretsar måste vi kunna beskriva deras kvantiteter i på samma sätt som vi kan kvantifiera massa, temperatur, volym, längd eller någon annan typ av fysisk kvantitet. För massa kan vi använda enheterna “kilogram” eller “gram.”

För temperatur kan vi använda grader Fahrenheit eller grader Celsius. Här är standardmåtten för elektrisk ström, spänning och resistans:
“Symbolen” som ges för varje storhet är den alfabetiska standardbokstaven som används för att representera den kvantiteten i en algebraisk ekvation. Standardiserade bokstäver som dessa är vanliga inom disciplinerna fysik och teknik och är internationellt erkända.

“Enhetsförkortningen” för varje storhet representerar den alfabetiska symbolen som används som en förkortning för dess specifika måttenhet. Och ja, den där konstiga “hästsko”-symbolen är den stora grekiska bokstaven Ω, bara ett tecken i ett främmande alfabet (ursäkt till alla grekiska läsare här).

Varje måttenhet är uppkallad efter en berömd experimenterare inom elektricitet: förstärkaren efter fransmannen Andre M. Ampere, volten efter italienaren Alessandro Volta och ohm efter tysken Georg Simon Ohm.

Den matematiska symbolen för varje storhet är också meningsfull . “R” för resistans och “V” för spänning är båda självförklarande, medan “I” för ström verkar lite konstigt. “Jag” tros ha varit tänkt att representera “intensitet” (av laddningsflöde), och den andra symbolen för spänning, “E”, står för “elektromotorisk kraft.” Utifrån vad jag har kunnat göra, verkar det finnas en viss dispyt om innebörden av “jag.”

Symbolerna “E” och “V” är för det mesta utbytbara, även om vissa texter reserverar “E” för att representera spänning över en källa (som ett batteri eller en generator) och “V” för att representera spänning över allt annat.

Alla dessa symboler uttrycks med stora bokstäver, utom i fall där en kvantitet (särskilt spänning eller ström) beskrivs i termer av en kort tidsperiod (kallat ett “momentant” värde). Till exempel kommer spänningen hos ett batteri, som är stabil under en lång period, att symboliseras med en stor bokstav “E”, medan spänningstoppen för ett blixtnedslag i samma ögonblick som det träffar en kraftledning med största sannolikhet skulle symboliseras med en liten bokstav “e” (eller gemen “v”) för att ange att det värdet är vid ett enda ögonblick. Samma konvention för små bokstäver gäller även för ström, den gemena bokstaven “i” representerar ström vid något ögonblick i tiden. De flesta likströmsmätningar (DC) kommer dock att symboliseras med stora bokstäver, eftersom de är stabila över tiden.

Coulomb och elektrisk laddning
En grundläggande enhet för elektrisk mätning ofta undervisas i början av elektronikkurser men används sällan efteråt, är enheten för coulomb, vilket är ett mått på elektrisk laddning som är proportionell mot antalet elektroner i ett obalanserat tillstånd. En laddningscoulomb är lika med 6 250 000 000 000 000 000 elektroner.

Symbolen för elektrisk laddningsmängd är den stora bokstaven “Q”, med enheten coulombs förkortad med den stora bokstaven “C.” Det händer så att enheten för strömflöde, förstärkaren, är lika med 1 coulomb laddning som passerar en given punkt i en krets på 1 sekund. Uttryckt i dessa termer är ström hastigheten för elektrisk laddnings rörelse genom en ledare.

Som nämnts tidigare är spänning måttet på potentiell energi per laddningsenhet tillgänglig för att motivera strömflödet från en punkt till en annan. Innan vi exakt kan definiera vad en “volt” är, måste vi förstå hur man mäter denna kvantitet som vi kallar “potentiell energi.” Den allmänna metriska enheten för energi av något slag är joule, lika med mängden arbete som utförs av en kraft på 1 newton som utövas genom en rörelse på 1 meter (i samma riktning).

I imperialistiska enheter. , detta är något mindre än 3/4 pund kraft utövad över ett avstånd på 1 fot. Med allmänna ordalag tar det ungefär 1 joule energi att lyfta en 3/4 pund vikt 1 fot från marken eller att dra något en sträcka på 1 fot med en parallell dragkraft på 3/4 pund. Definierat i dessa vetenskapliga termer är 1 volt lika med 1 joule elektrisk potentiell energi per (dividerat med) 1 coulomb laddning. Således släpper ett 9-volts batteri 9 joule energi för varje laddningscoulomb som rör sig genom en krets. Dessa enheter och symboler för elektriska storheter kommer att bli mycket viktiga att känna till när vi börjar utforska sambanden mellan dem i kretsar.

Ohms lags ekvation
Ohms främsta upptäckt var att mängden elektrisk ström genom en metallledare i en krets är direkt proportionell mot spänningen som trycks över den, för en given temperatur. Ohm uttryckte sin upptäckt i form av en enkel ekvation, som beskrev hur spänning, ström och resistans hänger ihop: ohms lagekvation.

  • I detta algebraiska uttryck är spänning (E) lika med ström (E). I) multiplicerat med motstånd (R). Med hjälp av algebratekniker kan vi manipulera denna ekvation till två variationer, lösa för I respektive R: ohm ekvation strömresistans

Analysera enkla kretsar med Ohms lag
Låt oss se hur dessa ekvationer kan fungera för att hjälpa oss att analysera enkla kretsar: strömflöde ohm lag

  • I ovanstående krets finns det bara en spänningskälla (batteriet till vänster) och endast en källa för motstånd mot ström (lampan, till höger). Detta gör det mycket enkelt att tillämpa Ohms lag. Om vi känner till värdena för två av de tre storheterna (spänning, ström och resistans) i denna krets, kan vi använda Ohms lag för att bestämma den tredje.
  • I det här första exemplet kommer vi att beräkna mängden ström (I) i en krets, givna värden för spänning (E) och resistans (R): Hur mycket spänning ger batteriet? ström-flöde spänning batteriekvation

Ohms lag Triangelteknik
Ohms lag är ett mycket enkelt och användbart verktyg för att analysera elektriska kretsar. Det används så ofta i studiet av elektricitet och elektronik att det måste ägnas åt minnet av den seriösa studenten. För dem som ännu inte är bekväma med algebra, finns det ett knep för att komma ihåg hur man löser en kvantitet, givet de andra två.

Arrangera först bokstäverna E, I och R i en triangel som denna:
Om du känner till E och I och vill bestämma R, ta bara bort R från bilden och se vad som finns kvar: Om du känner till E och I och vill bestämma R, bara ta bort R från bilden och se vad som är kvar: R=E/I

Om du känner till E och R och vill bestämma I, eliminera I och se vad som finns kvar: I=E/R
Slutligen, om du känner till I och R och vill bestämma E, eliminera E och se vad som finns kvar: E=IR

Så småningom måste du vara bekant med algebra för att seriöst studera elektricitet och elektronik, men det här tipset kan göra dina första beräkningar lite lättare att komma ihåg. Om du är bekväm med algebra behöver du bara lägga in E=IR i minnet och härleda de andra två formlerna från det när du behöver dem!

GRANSKA:

  • Spänningen mäts i volt, symboliserad med bokstäverna “E” eller “V”.
  • Strömmen mäts i ampere, symboliserad med bokstaven “I”.
  • Motstånd mäts i ohm, symboliserat med bokstaven “R”.
  • Ohms lag: E = IR ; I = E/R; R = E/I