OHMAS LIKUMS: VIENĪBAS UN FORMULA, APRĒĶINS, PIEMĒRI, VINGRINĀJUMI - FIZISKĀ - 2025

The Oma 's likums savā makroskopiskajam formā, norāda, ka sprieguma un intensitāte strāva ķēdē ir tieši proporcionāls pretestība ir konstante proporcionalitātes principam. Apzīmējot šos trīs lielumus attiecīgi kā V, I un R, Ohmas likumā teikts: V = IR

Tāpat Ohmas likums ir vispārināts, iekļaujot shēmas elementus, kas maiņstrāvas ķēdēs nav tīri pretestīgi, šādā veidā tam ir šāda forma: V = IZ

1. attēls. Ohma likums ir piemērojams daudzām shēmām. Avots: Wikimedia Commons. Tlapicka

Kur Z ir pretestība, kas arī apzīmē pretestību maiņstrāvas pārejai ar ķēdes elementu, piemēram, kondensatoru vai induktivitāti.

Jāatzīmē, ka ne visi ķēdes materiāli un elementi atbilst Ohmas likumiem. Tos, kuros tas ir derīgs, sauc par omiskiem elementiem, un kuros tas nav izpildīts, tos sauc par ne-ohmiskiem vai nelineāriem.

Parastie elektriskie rezistori ir omu tipa, bet diodes un tranzistori nav, jo attiecība starp spriegumu un strāvu tajās nav lineāra.

Ohmas likums ir parādā savu vārdu Bavārijā dzimušajam vācu fiziķim un matemātiķim Džordžam Simonam Ohmam (1789-1854), kurš savas karjeras laikā veltīja elektrisko ķēžu izturēšanās izpētei. SI starptautiskās sistēmas elektriskās pretestības vienība ir nosaukta viņa godā: omi, ko izsaka arī grieķu burts Ω.

Kā to aprēķina?

Lai arī vis Ohija likuma makroskopiskā forma ir vispazīstamākā, jo tā sasaista daudzumus, kurus var viegli izmērīt laboratorijā, mikroskopiskā forma attiecas uz diviem svarīgiem vektoru lielumiem: elektrisko lauku E un strāvas blīvumu J :

Kur σ ir materiāla elektriskā vadītspēja, īpašība, kas norāda, cik viegli ir vadīt strāvu. No savas puses J ir vektors, kura lielums ir koeficients starp strāvas I intensitāti un šķērsgriezuma laukumu A, caur kuru tas cirkulē.

Ir loģiski pieņemt, ka starp materiāla iekšējo elektrisko lauku un elektrisko strāvu, kas cirkulē caur to, ir dabisks savienojums, ka jo lielāka ir strāva, jo lielāka ir strāva.

Bet strāva nav vektors, jo tai nav virziena telpā. No otras puses, vektors J ir perpendikulārs vai normāls attiecībā pret vadītāja šķērsgriezuma laukumu, un tā virziens ir strāvas virziens.

Izmantojot šo Ohmas likuma formu, mēs iegūstam pirmo vienādojumu, pieņemot, ka diriģents ir garums ℓ un šķērsgriezums A, un J un E lielumus aizstāj ar:

Elektrovadītspējas apgriezto daļu sauc par pretestību, un to apzīmē ar grieķu burtu ρ:

Tādējādi:

Diriģenta pretestība

Vienādojumā V = (ρℓ / A) .I konstante (ρℓ / A) ir pretestība, tāpēc:

Diriģenta pretestība ir atkarīga no trim faktoriem:

-Tās pretestība ρ, kas raksturīga materiālam, ar kuru to ražo.

-Garums ℓ.

-A šķērsgriezuma laukums A.

Jo augstāks ℓ, jo lielāka pretestība, jo pašreizējiem nesējiem ir vairāk iespēju sadurties ar citām daļiņām vadītāja iekšpusē un zaudēt enerģiju. Un tieši pretēji - jo augstāks ir A, jo pašreizējiem pārvadātājiem ir vieglāk pārvietoties pa materiālu.

Visbeidzot, katra materiāla molekulārajā struktūrā ir tas, cik viegli viela ļauj iziet elektrisko strāvu. Tā, piemēram, metāli, piemēram, varš, zelts, sudrabs un platīns ar mazu pretestību, ir labi vadītāji, bet koks, gumija un eļļa nav, tāpēc tiem ir augstāka pretestība.

Piemēri

Šeit ir divi Ohmas likuma ilustrējoši piemēri.

Eksperiments, lai pārbaudītu Ohmas likumu

Vienkārša pieredze ilustrē Ohmas likumu, šim nolūkam jums ir nepieciešams vadoša materiāla gabals, mainīga sprieguma avots un multimetrs.

Starp vadošā materiāla galiem tiek izveidots spriegums V, kam vajadzētu nedaudz mainīties. Izmantojot mainīgu enerģijas avotu, var iestatīt minētā sprieguma vērtības, kuras mēra ar multimetru, kā arī strāvu I, kas plūst caur vadītāju.

V un I vērtību pāri tiek ierakstīti tabulā, un kopā ar tiem grafiks tiek veidots uz grafika papīra. Ja iegūtā līkne ir taisna līnija, materiāls ir omisks, bet, ja tā ir kāda cita līkne, materiāls nav omisks.

Pirmajā gadījumā var noteikt līnijas slīpumu, kas ir līdzvērtīgs vadītāja pretestībai R vai tā apgrieztajai - vadītspējai.

Zemāk redzamajā attēlā zilā līnija apzīmē vienu no šiem omisma materiāla grafikiem. Tikmēr dzeltenā un sarkanā līkne ir izgatavota no materiāliem, kas nav omiski, piemēram, piemēram, pusvadītājs.

2. attēls. I attēls V ommiskiem materiāliem (zilā līnija) un materiāliem, kas nav ommiski. Avots: Wikimedia Commons.

Ohmas likuma hidrauliskā analoģija

Interesanti zināt, ka elektriskā strāva Ohmas likumos ir tāda pati kā ūdens, kas cirkulē caur cauruli, izturēšanās. Angļu fiziķis Olivers Lodge bija pirmais, kurš ierosināja simulēt strāvas izturēšanos, izmantojot hidraulikas elementus.

Piemēram, caurules attēlo vadītājus, jo ūdens cirkulē caur tiem, un strāvas nesēji - caur pēdējiem. Ja caurulē ir sašaurinājums, ūdens caurlaide ir apgrūtināta, tāpēc tas būtu līdzvērtīgs elektriskajai pretestībai.

Spiediena atšķirība divos caurules galos ļauj ūdenim plūst, kas nodrošina augstuma atšķirību vai ūdens sūkni, un līdzīgi potenciāla atšķirība (akumulators) ir tas, kas uztur lādiņa kustību. , kas ekvivalents ūdens plūsmai vai tilpumam laika vienībā.

Virzuļsūknim būtu mainīga sprieguma avota loma, taču ūdens sūkņa ievietošanas priekšrocība ir tāda, ka hidrauliskā ķēde būtu slēgta, tāpat kā elektriskajai ķēdei jābūt strāvas plūsmai.

3. attēls. Hidrauliskā analoģija Ohma likumam: a) ūdens plūsmas sistēmā un b) vienkāršā pretestības ķēdē. Avots: Tippens, P. 2011. Fizika: jēdzieni un pielietojumi. 7. izdevums. Makgreiva kalns.

Rezistori un slēdži

Slēdža ekvivalents ķēdē, tas būtu krāns. To interpretē šādā veidā: ja ķēde ir atvērta (krāns aizvērts), strāva, tāpat kā ūdens, nevar plūst.

No otras puses, ar slēdzi aizvērtu (krāns ir pilnībā atvērts) gan strāva, gan ūdens var plūst bez problēmām caur vadītāju vai cauruli.

Noslēdzošais krāns vai vārsts var attēlot arī pretestību: kad krāns ir pilnībā atvērts, tas ir līdzvērtīgs nulles pretestības vai īssavienojuma iedarbībai. Ja tas pilnībā aizveras, tas ir tāpat kā ar ķēdes atvēršanu, bet daļēji aizvērtu - ar noteiktas vērtības pretestību (sk. 3. attēlu).

Vingrinājumi

- 1. vingrinājums

Ir zināms, ka elektriskajam gludeklim ir nepieciešama 2A pie 120 V, lai tā pareizi darbotos. Kāda ir tā pretestība?

Risinājums

Atrisiniet pretestību no Ohmas likumiem:

- 2. vingrinājums

3 mm diametra un 150 m gara stieples elektriskā pretestība 20 ° C temperatūrā ir 3,00 Ω. Atrodiet materiāla pretestību.

Risinājums

Vienādojums R = ρℓ / A ir piemērots, tāpēc vispirms jāatrod šķērsgriezuma laukums:

Visbeidzot, aizstājot jūs saņemat:

Atsauces

1. Resnick, R. 1992. Fizika. Trešais paplašinātais izdevums spāņu valodā. 2. sējums. Compañía Continental SA de CV
2. Sīrs, Zemanskis. 2016. Universitātes fizika ar moderno fiziku. 14 ^th . Ed. 2. sējums. 817-820.
3. Serway, R., Jewett, J. 2009. Fizika zinātnei un inženierijai ar mūsdienu fiziku. 7. izdevums. Sējums 2. Cengage mācība. 752–775.
4. Tippens, P. 2011. Fizika: jēdzieni un pielietojumi. 7. izdevums. Makgreiva kalns.
5. Seviļas universitāte. Lietišķās fizikas katedra III. Strāvas blīvums un intensitāte. Atgūts no: us.es.
6. Walker, J. 2008. Fizika. 4. ed. Pīrsons, 725–728