Ohm kanununun açıklanması. Elektrik mühendisliğinin en önemli kanunu Ohm kanunudur

Ohm yasası o kadar basit görünüyor ki, onu oluştururken aşılması gereken zorluklar gözden kaçırılıyor ve unutuluyor. Ohm yasasını test etmek kolay değildir ve apaçık bir gerçek olarak kabul edilmemelidir; Aslında birçok malzeme için bu doğru değildir.

Bu zorluklar tam olarak nedir? Farklı sayıda elemandaki akımı belirleyerek voltaik kolonun eleman sayısındaki değişikliğin ne ürettiğini kontrol etmek mümkün değil mi?

Mesele şu ki, bunu aldığımızda farklı numara Elemanlar için tüm devreyi değiştiriyoruz çünkü ek elemanların da ek direnci vardır. Bu nedenle akünün kendisini değiştirmeden voltajı değiştirmenin bir yolunu bulmak gerekir. Ayrıca farklı akım değerleri teli farklı sıcaklıklara kadar ısıtır ve bu etki aynı zamanda akım gücünü de etkileyebilir. Ohm (1787-1854), 1822 yılında Seebeck (1770-1831) tarafından keşfedilen termoelektrik olgusundan yararlanarak bu zorlukların üstesinden geldi.

Bu olay, iki farklı malzemeden yapılmış bir bağlantı noktası ısıtıldığında gözlemlenir: bir akım oluşturabilen küçük bir voltaj uyarılır. Seebeck bu etkiyi antimon ve bizmut plakalarla deneyler yaparak keşfetti ve içine küçük bir mıknatısın yerleştirildiği çok sayıda dönüşe sahip bir bobini akım detektörü olarak kullandı. Seebeck mıknatısın sapmasını ancak plakaları elleriyle birbirine bastırdığında gözlemledi ve kısa sürede etkinin elinin sıcaklığından kaynaklandığını fark etti. Daha sonra plakaları bir lambayla ısıtmaya başladı ve çok daha büyük bir sapma elde etti. Seebeck keşfettiği etkiyi tam olarak anlamadı ve buna "manyetik kutuplaşma" adını verdi.

Ohm termoelektrik etkiyi kaynak olarak kullandı elektrik hareket gücü. Sabit sıcaklık farkı ile termokupl voltajı çok kararlı olmalı ve akım düşük olduğundan gözle görülür bir ısınma meydana gelmemelidir. Bu düşüncelere uygun olarak Ohm, görünüşe göre elektrik alanındaki araştırmalar için ilk gerçek enstrüman olarak kabul edilmesi gereken bir enstrüman üretti. Bundan önce yalnızca kaba aletler kullanılıyordu.

Ohm cihazının üst silindirik kısmı bir akım dedektörüdür - burulma dengesi, ab ve a" b" - enine bizmut çubuğa lehimlenmiş iki bakır telden yapılmış termo elemanlar; m ve m" - termokuplların bağlanabileceği cıva içeren kaplar. Cıvaya daldırılmadan önce uçları her seferinde soyulan kaplara bir iletken bağlandı.

Om, malzemelerin saflığının öneminin farkındaydı. A bağlantısını kaynar suyun içinde tuttu ve a bağlantısını buz ve su karışımına düşürdü ve galvanometrenin sapmasını gözlemledi.

Ohm'un tipik Alman titizliği ve detaylara olan ilgisi, Faraday'ın çalışmalarında sergilediği neredeyse çocuksu coşkuyla tezat oluşturabilir. Fizikte her iki yaklaşıma da ihtiyaç vardır: İkincisi genellikle bir sorunun incelenmesine ivme kazandırır ve ilkinin konuyu dikkatli bir şekilde incelemesi ve doğru niceliksel sonuçlara dayalı titiz bir teori oluşturması gerekir.

Ohm iletken olarak sekiz segmenti kullandı bakır kabloçeşitli uzunluklar. İlk başta tekrarlanabilir sonuçlar elde edemedi, ancak bir hafta sonra görünüşe göre aleti ayarladı ve her iletken için bir dizi okuma elde etti. Bu okumalar, okun sıfıra döndüğü askı ipliğinin bükülme açılarıydı. Ohm, A ve B sabitlerinin doğru seçimiyle ipliğin x uzunluğu ve X bükülme açısının X = (A / B+) ilişkisiyle ilişkili olduğunu gösterdi. z)

Bu ilişkiyi x'e karşı 1/X grafiğini çizerek gösterebilirsiniz.

Ohm, deneyini pirinç tel ile tekrarlamış ve farklı A değeri ve aynı B değeri ile aynı sonucu elde etmiştir. Termoelement bağlantıları için Reaumur'a göre (9,4°C) 0 ve 7,5° sıcaklıkları almış ve sapmaların olduğunu bulmuştur. yaklaşık 10 kat azaldığını kaydetti.

Dolayısıyla, cihazın ürettiği voltajın sıcaklık farkıyla orantılı olduğunu varsayarsak - şu anda yaklaşık olarak doğru olduğunu biliyoruz - o zaman akımın bu voltajla orantılı olduğu ortaya çıkar. Ohm ayrıca telin uzunluğuna bağlı olarak akımın belirli bir miktarla ters orantılı olduğunu da gösterdi. Ohm buna direnç adını verdi ve B miktarının devrenin geri kalanının direncini temsil ettiği varsayılmalıdır.

Böylece Ohm, akımın voltajla orantılı, devrenin empedansıyla ters orantılı olduğunu gösterdi. Bu, karmaşık bir deney için son derece basit bir sonuçtu. En azından şimdi bize öyle görünmesi gerekiyor.

Ohm'un çağdaşları, özellikle de yurttaşları farklı düşünüyordu: Belki de onların şüphesini uyandıran şey Ohm yasasının basitliğiydi. Om kariyerinde zorluklarla karşılaştı ve muhtaç durumdaydı; Om özellikle eserlerinin tanınmaması nedeniyle bunalıma girdi. Büyük Britanya'nın ve özellikle Kraliyet Cemiyeti'nin takdirine göre, Ohm'un çalışmalarının orada hak ettiği takdiri aldığını söylemek gerekir. Om, isimleri sıklıkla küçük harflerle yazılmış olan büyük adamlardan biridir: Direniş birliğine "om" adı verilmiştir.

G. Linson "Fizikte Büyük Deneyler"

Elektrik akımı, voltaj, direnç ve güç gibi. Temel elektrik yasalarının, tabiri caizse, bilgi ve anlayış olmadan incelenmesi ve anlaşılması imkansız olan temellerin zamanı geldi. elektronik devreler ve cihazlar.

Ohm kanunu

Elektrik akımı, voltajı, direnci ve gücü kesinlikle birbiriyle ilişkilidir. Ve aralarındaki ilişki hiç şüphesiz en önemli elektrik kanunuyla açıklanmaktadır: Ohm kanunu. Basitleştirilmiş haliyle bu yasaya şu ad verilir: Devrenin bir bölümü için Ohm yasası. Ve bu yasa şöyle geliyor:

"Bir devrenin bir bölümündeki akımın gücü, voltajla doğru orantılıdır ve devrenin belirli bir bölümünün elektrik direnciyle ters orantılıdır."

İçin pratik uygulama Ohm yasasının formülü, formülün ana temsiline ek olarak diğer miktarların belirlenmesine yardımcı olacak böyle bir üçgen biçiminde temsil edilebilir.

Üçgen şu şekilde çalışır. Miktarlardan birini hesaplamak için parmağınızla kaplamanız yeterlidir. Örneğin:

Önceki yazımızda elektrik ve su arasında bir benzetme yaparak gerilim, akım ve direnç arasındaki ilişkiyi tespit etmiştik. Ayrıca Ohm yasasının iyi bir yorumu, yasanın özünü açıkça gösteren aşağıdaki şekil olabilir:

Üzerinde “Volt” (gerilim) adamın “Amper” (akım) adamı bir iletken aracılığıyla ittiğini, bunun da “Ohm” (direnç) adamı bir araya getirdiğini görüyoruz. Dolayısıyla direnç iletkeni ne kadar güçlü sıkıştırırsa, akımın içinden geçmesi de o kadar zor olur ("akımın gücü devre bölümünün direnciyle ters orantılıdır") - veya direnç ne kadar büyük olursa, iletken o kadar büyük olur. akım için daha kötü ve daha küçüktür). Ancak voltaj uyumaz ve akımı tüm gücüyle iter (voltaj ne kadar yüksek olursa, akım o kadar büyük olur veya - "devrenin bir bölümündeki akımın gücü voltajla doğru orantılıdır").

El feneri loş bir şekilde parlamaya başladığında “pil zayıf” deriz. Ne oldu, taburcu oldu ne demek? Bu, akü voltajının azaldığı ve artık akımın el feneri ve ampul devrelerinin direncini aşmasına "yardım edemeyeceği" anlamına gelir. Yani voltaj ne kadar yüksek olursa akımın da o kadar büyük olduğu ortaya çıkıyor.

Seri bağlantı - seri devre

Tüketicileri, örneğin sıradan ampulleri seri olarak bağlarken, her tüketicideki akım aynıdır, ancak voltaj farklı olacaktır. Her tüketicide voltaj düşecektir (azalacaktır).

Ve seri devredeki Ohm yasası şöyle görünecektir:

Seri bağlandığında tüketici dirençleri artar. Toplam direnci hesaplamak için formül:

Paralel bağlantı - paralel devre

Şu tarihte: paralel bağlantı, her tüketiciye aynı voltaj uygulanır, ancak dirençleri farklıysa tüketicilerin her birinden geçen akım farklı olacaktır.

Ohm kanunu paralel devreÜç tüketiciden oluşan şu şekle sahip olacaktır:

Şu tarihte: paralel bağlantı devrenin toplam direnci her zaman en küçük bireysel direncin değerinden daha az olacaktır. Ya da “direnç en azından daha az olacak” diyorlar.

Paralel bağlantıda iki tüketiciden oluşan bir devrenin toplam direnci:

Paralel bağlantıda üç tüketiciden oluşan bir devrenin toplam direnci:

İçin Daha tüketiciler için hesaplama, paralel bağlantıda iletkenliğin (direncin karşılıklı değeri) her tüketicinin iletkenliklerinin toplamı olarak hesaplanması esasına göre yapılır.

Elektrik gücü

Güç, iletim veya dönüşüm hızını karakterize eden fiziksel bir niceliktir elektrik enerjisi. Güç aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

Böylece kaynak voltajını bilerek ve tüketilen akımı ölçerek elektrikli cihazın tükettiği gücü belirleyebiliriz. Tam tersi, elektrikli cihazın gücünü ve şebeke voltajını bilerek tüketilen akım miktarını belirleyebiliriz. Bu tür hesaplamalar bazen gerekli olabilir. Örneğin elektrikli cihazları korumak için sigortalar veya devre kesiciler kullanılır. Doğru koruyucu ekipmanı seçmek için mevcut tüketimi bilmeniz gerekir. Kullanılan sigortalar Ev aletleri kural olarak tamire tabidir ve onları restore etmek yeterlidir

Bir devrenin bir bölümündeki akımın gücü, voltajla doğru orantılıdır ve devrenin belirli bir bölümünün elektrik direnciyle ters orantılıdır.

Ohm kanunu şu şekilde yazılır:

Burada: I - akım (A), U - voltaj (V), R - direnç (Ohm).

Şunu unutmamak gerekir ki Ohm kanunu temeldir(temel) ve direncin üstesinden gelen parçacık veya alan akışlarının olduğu herhangi bir fiziksel sisteme uygulanabilir. Hidrolik, pnömatik, manyetik, elektrik, ışık ve ısı akışlarını hesaplamak için kullanılabilir.

Ohm kanunu üç temel büyüklük arasındaki ilişkiyi tanımlar: akım, gerilim ve direnç. Akımın gerilimle doğru orantılı, dirençle ters orantılı olduğunu belirtiyor.

Akım, elektronların fazla olduğu bir noktadan elektronların az olduğu bir noktaya doğru akar. Akımın izlediği yola elektrik devresi denir. Tüm elektrik devreleri oluşur akım kaynağı, yükler Ve iletkenler. Akım kaynağı potansiyel farkı sağlar akımın akmasını sağlar. Güç kaynağı bir pil, jeneratör veya başka bir cihaz olabilir. Yük akımın akışına direnir. Bu direnç devrenin amacına göre yüksek ya da düşük olabilir. Bir devredeki akım iletkenler aracılığıyla kaynaktan yüke doğru akar. İletken elektronları kolayca vermelidir. Çoğu iletken bakır kullanır.

Yol elektrik akımı yük üç tip devreden geçebilir: seri devre, paralel veya seri-paralel devre. elektrik devresi akım kaynağının negatif terminalinden yük boyunca akım kaynağının pozitif terminaline akar.

Bu yol kesilmediği sürece devre kapanır ve akım akar.

Ancak yol kesilirse devre açılacak ve üzerinden akım geçemeyecektir.

Bir elektrik devresindeki akım, uygulanan voltajın veya devrenin direncinin değiştirilmesiyle değiştirilebilir. Akım, voltaj veya dirençle aynı oranlarda değişir. Gerilim artarsa akım da artar. Gerilim azalırsa akım da azalır. Öte yandan direnç artarsa akım azalır. Direnç azalırsa akım artar. Gerilim, akım ve direnç arasındaki bu ilişkiye Ohm kanunu denir.

Ohm kanunu, bir devredeki akımın (seri, paralel veya seri-paralel) voltajla doğru orantılı, dirençle ters orantılı olduğunu belirtir.

Bir devrede bilinmeyen miktarları belirlerken şu kuralları izleyin:

Bir devre şeması çizin ve bilinen tüm miktarları etiketleyin.
Eşdeğer devreler için hesaplamalar yapın ve devreyi yeniden çizin.
Bilinmeyen miktarları hesaplayın.

Unutmayın: Ohm kanunu devrenin herhangi bir kısmı için geçerlidir ve herhangi bir zamanda uygulanabilir. Bir seri devreden aynı akım akar ve paralel devrenin herhangi bir dalına aynı voltaj uygulanır.

Ohm Yasasının Tarihi

Bir iletkenle deneyler yapan Georg Ohm, bir iletkendeki akım gücünün uçlarına uygulanan voltajla orantılı olduğunu buldu. Orantı katsayısına elektriksel iletkenlik denir ve değere genellikle iletkenin elektriksel direnci denir. Ohm kanunu 1826'da keşfedildi.

Aşağıda Ohm yasasını gösteren devrelerin animasyonları bulunmaktadır. (İlk resimde) Ampermetrenin (A) ideal olduğunu ve sıfır dirence sahip olduğunu unutmayın.

Bu animasyon, uygulanan voltaj değiştiğinde devredeki akımın nasıl değiştiğini gösterir.

Aşağıdaki animasyon, direnç değiştikçe devredeki akımın nasıl değiştiğini göstermektedir.

Elektrik mühendisliğinde en çok uygulanan yasalardan biridir. Bu yasa en önemli üç büyüklük arasındaki ilişkiyi ortaya koymaktadır: akım, gerilim ve direnç. Bu bağlantı 1820'lerde Georg Ohm tarafından keşfedildi ve bu yasanın adını almasının nedeni de budur.

Ohm yasasının formülasyonu Sonraki:
Devrenin bir bölümündeki akım miktarı, o bölüme uygulanan voltajla doğru orantılı, direnciyle ters orantılıdır.

Bu bağımlılık aşağıdaki formülle ifade edilebilir:

Burada I akım gücüdür, U devre bölümüne uygulanan voltajdır ve R devre bölümünün elektrik direncidir.
Yani bu niceliklerden ikisi biliniyorsa üçüncüsü kolaylıkla hesaplanabilir.
Ohm kanunu şu şekilde anlaşılabilir: basit örnek. Diyelim ki bir el feneri ampulünün filamanının direncini hesaplamamız gerekiyor ve ampulün çalışma voltajını ve çalışması için gereken akımı biliyoruz (bildiğiniz gibi ampulün kendisi değişken direnç, ancak örnek olması açısından bunu sabit olarak alacağız). Direnci hesaplamak için voltajı akıma bölmeniz gerekir. Hesaplamaları doğru yapabilmek için Ohm yasasının formülü nasıl hatırlanır? Ve bunu yapmak çok kolay! Aşağıdaki şekildeki gibi kendinize bir hatırlatma yapmanız yeterli.
Artık miktarlardan herhangi birini elinizle kapatırsanız onu nasıl bulacağınızı hemen anlayacaksınız. I harfini kapatırsanız, akımı bulmak için voltajı dirence bölmeniz gerektiği anlaşılır.
Şimdi kanunun formülasyonunda “doğru orantılı ve ters orantılı” kelimelerinin ne anlama geldiğini bulalım. "Bir devrenin bir bölümündeki akım miktarı, bu bölüme uygulanan gerilimle doğru orantılıdır" ifadesi, devrenin bir bölümündeki gerilim artarsa o bölümdeki akımın da artacağı anlamına gelir. Basit kelimelerle gerilim ne kadar büyük olursa akım da o kadar büyük olur. Ve "dirençle ters orantılı" ifadesi, direnç ne kadar büyük olursa akımın da o kadar az olacağı anlamına gelir.
Bir el fenerinde bir ampulün çalışmasıyla ilgili bir örnek düşünelim. Aşağıdaki şemada gösterildiği gibi el fenerinin çalışması için üç pil gerektirdiğini varsayalım; burada GB1 - GB3 pil, S1 anahtar, HL1 ise ampuldür.

Ampulün direncinin koşullu olarak sabit olduğunu, ancak ısındıkça direncinin arttığını varsayalım. Ampulün parlaklığı akım gücüne bağlı olacaktır; ne kadar yüksek olursa ampul o kadar parlak yanar. Şimdi, bir pil yerine bir jumper taktığımızı ve böylece voltajı azalttığımızı hayal edin.
Ampul ne olacak?
Ohm yasasını doğrulayan daha loş bir şekilde parlayacak (mevcut güç azaldı):
voltaj ne kadar düşük olursa akım da o kadar düşük olur.

Günlük hayatta karşılaştığımız bu fizik kanunu bu şekilde basitçe işliyor.
Bonus, özellikle sizin için Ohm yasasını daha az renkli olmayan bir şekilde açıklayan komik bir resim.

Bu bir inceleme yazısıydı. Bir sonraki "" makalemizde bu yasa hakkında daha ayrıntılı olarak konuşacağız ve her şeye diğer daha karmaşık örnekleri kullanarak bakacağız.

Fizikte başarılı olamazsanız alternatif bir gelişim seçeneği olarak çocuklar için İngilizce (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_language) kullanabilirsiniz.

Ohm kanunu komple zincir- devredeki akım gücü, elektromotor kuvvet (EMF) ve dış ve iç direnç arasında ilişki kuran ampirik (deneyden elde edilen) bir yasa.

Gerçek araştırma yaparken elektriksel özellikler ile zincirler DC mevcut kaynağın direncini hesaba katmak gerekir. Böylece fizikte bir geçiş yapılır ideal kaynak kendi direncine sahip gerçek bir akım kaynağına akım (bkz. Şekil 1).

Pirinç. 1. İdeal ve gerçek akım kaynaklarının görüntüsü

Kendi direncine sahip bir akım kaynağının dikkate alınması, devrenin tamamı için Ohm yasasının kullanılmasını gerektirir.

Tam bir devre için Ohm yasasını şu şekilde formüle edelim (bkz. Şekil 2): Tam bir devredeki akım gücü, emf ile doğru orantılıdır ve devrenin toplam direnci ile ters orantılıdır; burada toplam direnç, toplam olarak anlaşılmaktadır. dış ve iç dirençler.

Pirinç. 2. Tam bir devre için Ohm yasasının diyagramı.

R – harici direnç [Ohm];
r – EMF kaynağının direnci (dahili) [Ohm];
I – mevcut güç [A];
ε – Geçerli kaynağın EMF'si [V].

Bazı sorunlara bakalım bu konu. Tam devre için Ohm kanunu ile ilgili problemler genellikle 10. sınıf öğrencilerine verilen konuyu daha iyi anlayabilmeleri için verilmektedir.

I. Direnci 2,4 Ohm olan ve emf'si 10 V olan bir akım kaynağına sahip bir ampulün bulunduğu devredeki akımı belirleyiniz ve iç direnç 0,1 Ohm.

Tam bir devre için Ohm yasasının tanımı gereği, mevcut güç şuna eşittir:

II. EMF'si 52 V olan bir akım kaynağının iç direncini belirleyiniz. Bu akım kaynağının direnci 10 Ohm olan bir devreye bağlandığında ampermetrenin 5 A değerini gösterdiği biliniyorsa.

Devrenin tamamı için Ohm yasasını yazalım ve iç direnci buradan ifade edelim:

III. Bir gün bir okul çocuğu fizik öğretmenine sordu: "Pil neden bitiyor?" Bu soruya nasıl doğru cevap verilir?

Gerçek bir kaynağın, galvanik hücreler ve piller için elektrolit çözeltilerinin direnci veya jeneratörler için iletkenlerin direnci ile belirlenen kendi direncine sahip olduğunu zaten biliyoruz. Tam bir devre için Ohm kanununa göre:

bu nedenle devredeki akım, emk'deki bir azalmaya veya iç dirençteki bir artışa bağlı olarak azalabilir. Pilin emf değeri neredeyse sabittir. Sonuç olarak, iç direncin artması nedeniyle devredeki akım azalır. Yani iç direnci arttıkça “pil” biter.