Formule voor spanning op een deel van een circuit. De wet van Ohm voor een circuitsectie luidt: stroom is direct evenredig met de spanning en omgekeerd evenredig met de weerstand

Hangt af van de grootte van het effect dat de stroom op de geleider kan hebben, of het nu gaat om een ​​thermisch, chemisch of magnetisch effect van de stroom. Dat wil zeggen, door de sterkte van de stroom aan te passen, kunt u het effect ervan controleren. Elektrische stroom is op zijn beurt de geordende beweging van deeltjes onder invloed van een elektrisch veld.

Afhankelijkheid van stroom en spanning

Het is duidelijk dat hoe sterker het veld op de deeltjes inwerkt, hoe groter de stroomsterkte in het circuit zal zijn. Een elektrisch veld wordt gekenmerkt door een grootheid die spanning wordt genoemd. Daarom komen we tot de conclusie dat de stroom afhankelijk is van de spanning.

Het was inderdaad experimenteel mogelijk om vast te stellen dat de stroomsterkte recht evenredig is met de spanning. In gevallen waarin de spanning in het circuit werd gewijzigd zonder alle andere parameters te wijzigen, werd de stroom met dezelfde factor verhoogd of verlaagd als de spanning werd gewijzigd.

Verbinding met weerstand

Elk circuit of deel van een circuit wordt echter gekenmerkt door een andere belangrijke grootheid, de weerstand tegen elektrische stroom. Weerstand is omgekeerd evenredig met de stroom. Als u de weerstandswaarde in een deel van het circuit wijzigt zonder de spanning aan de uiteinden van dit gedeelte te veranderen, zal de stroomsterkte ook veranderen. Als we bovendien de waarde van de weerstand verminderen, zal de huidige sterkte met dezelfde hoeveelheid toenemen. En omgekeerd, naarmate de weerstand toeneemt, neemt de stroom proportioneel af.

Formule van de wet van Ohm voor een deel van een circuit

Door deze twee afhankelijkheden te vergelijken, kan men tot dezelfde conclusie komen als de Duitse wetenschapper Georg Ohm in 1827. Hij verbond de drie bovengenoemde fysische grootheden met elkaar en leidde een wet af die naar hem vernoemd is. De wet van Ohm voor een deel van een circuit luidt:

De stroomsterkte in een sectie van een circuit is direct evenredig met de spanning aan de uiteinden van deze sectie en omgekeerd evenredig met de weerstand ervan.

waar ik de huidige kracht ben,
U – spanning,
R – weerstand.

Toepassing van de wet van Ohm

De wet van Ohm is er één van fundamentele wetten van de natuurkunde. Dankzij de ontdekking ervan konden we ooit een enorme sprong in de wetenschap maken. Momenteel is het onmogelijk om een ​​zeer elementaire berekening van elektrische basisgrootheden voor welk circuit dan ook voor te stellen zonder de wet van Ohm te gebruiken. Het idee van deze wet is niet het exclusieve domein van elektronica-ingenieurs, maar een noodzakelijk onderdeel van de basiskennis van elke meer of minder geschoolde persoon. Geen wonder dat er een gezegde bestaat: ‘Als je de wet van Ohm niet kent, blijf dan thuis.’

U=IR En R=U/I

Het is waar dat het duidelijk moet zijn dat in een geassembleerd circuit de weerstandswaarde van een bepaald gedeelte van het circuit een constante waarde is, dus wanneer de stroomsterkte verandert, zal alleen de spanning veranderen en omgekeerd. Om de weerstand van een deel van het circuit te veranderen, moet het circuit opnieuw in elkaar worden gezet. Het berekenen van de vereiste weerstandswaarde bij het ontwerpen en assembleren van een circuit kan worden gedaan volgens de wet van Ohm, gebaseerd op de verwachte stroom- en spanningswaarden die door een bepaald gedeelte van het circuit zullen worden geleid.

« Natuurkunde - 10e leerjaar"

Wat zorgt ervoor dat ladingen langs een geleider bewegen?
Hoe beïnvloedt een elektrisch veld de lading?

Stroom-spanningskarakteristiek.

In de vorige paragraaf werd gesteld dat om stroom in een geleider te laten bestaan, het noodzakelijk is om aan de uiteinden een potentiaalverschil te creëren. Door dit potentiaalverschil wordt de stroomsterkte in de geleider bepaald. Hoe groter het potentiaalverschil, hoe groter de elektrische veldsterkte in de geleider en dus ook de hogere snelheid Geladen deeltjes verwerven gerichte beweging. Dit betekent een toename van de stroom.

Voor elke geleider - vast, vloeibaar en gasvormig - is er een zekere afhankelijkheid van de stroomsterkte van het aangelegde potentiaalverschil aan de uiteinden van de geleider.

De afhankelijkheid van de stroomsterkte in een geleider van de daarop aangelegde spanning wordt genoemd stroom-spanningskarakteristiek geleider.

Deze wordt gevonden door de stroomsterkte in een geleider te meten verschillende betekenissen spanning. Kennis van de stroom-spanningskarakteristiek speelt een grote rol bij het studeren elektrische stroom.

De wet van Ohm.

De eenvoudigste vorm is volt-ampère karakteristiek metalen geleiders en elektrolytoplossingen. Het werd voor het eerst vastgesteld (voor metalen) door de Duitse wetenschapper Georg Ohm, daarom wordt de afhankelijkheid van stroom van spanning genoemd De wet van Ohm.

In het gedeelte van het circuit dat wordt weergegeven in figuur 15.3, wordt de stroom van punt 1 naar punt 2 geleid. Het potentiaalverschil (spanning) aan de uiteinden van de geleider is gelijk aan U = φ 1 - φ 2. Omdat de stroom van links naar rechts loopt, is de elektrische veldsterkte in dezelfde richting gericht en φ 1 > φ 2.

Door de stroom te meten met een ampèremeter en de spanning met een voltmeter, kunt u verifiëren dat de stroom recht evenredig is met de spanning.

De wet van Ohm voor een circuitsectie

De stroomsterkte in een sectie van het circuit is direct evenredig met de spanning U die erop wordt toegepast en omgekeerd evenredig met de weerstand van deze sectie R.

Het gebruik van conventionele instrumenten voor het meten van spanning – voltmeters – is gebaseerd op de wet van Ohm. Het principe van de voltmeter is hetzelfde als dat van de ampèremeter. De rotatiehoek van de instrumentnaald is evenredig met de stroomsterkte.

De sterkte van de stroom die door de voltmeter gaat, wordt bepaald door de spanning tussen de punten van het circuit waarmee deze is verbonden. Daarom kunt u, als u de weerstand van de voltmeter kent, de spanning bepalen aan de hand van de stroomsterkte. In de praktijk wordt het apparaat zo gekalibreerd dat het direct de spanning in volt weergeeft.

Weerstand.

Voornaamst elektrische karakteristiek dirigent - weerstand. De stroomsterkte in de geleider bij een gegeven spanning hangt van deze waarde af.

De eigenschap van een geleider om de stroomsterkte in een circuit te beperken, dat wil zeggen om elektrische stroom tegen te gaan, wordt genoemd elektrische weerstand geleider.

Met behulp van de wet van Ohm (15.3) kun je de weerstand van de geleider bepalen:

Om dit te doen, moet u de spanning aan de uiteinden van de geleider en de stroom daarin meten.

Figuur 15.4 toont grafieken van de stroom-spanningskarakteristieken van twee geleiders. Uiteraard is de weerstand van de geleider waarmee grafiek 2 correspondeert groter dan de weerstand van de geleider waarmee grafiek 1 correspondeert.

De weerstand van een geleider is niet afhankelijk van spanning en stroom.

De weerstand is afhankelijk van het materiaal van de geleider en de geometrische afmetingen ervan.

De weerstand van een geleider met lengte l met constant dwarsdoorsnedeoppervlak S is gelijk aan:

waarbij ρ een grootheid is die afhangt van het type stof en de toestand ervan (vooral van de temperatuur).

De grootheid ρ wordt genoemd weerstand van de geleider.

De soortelijke weerstand van een materiaal is numeriek gelijk aan de weerstand van een geleider gemaakt van dit materiaal met een lengte van 1 m en een dwarsdoorsnede van 1 m 2.

De eenheid van geleiderweerstand wordt vastgesteld op basis van de wet van Ohm en wordt ohm genoemd.

Een geleider heeft een weerstand van 1 ohm als bij een potentiaalverschil van 1 V de stroom daarin 1 A bedraagt.

Eenheid weerstand is 1 Ohm m. De soortelijke weerstand van metalen is laag. Maar diëlektrica hebben een zeer hoge soortelijke weerstand. De soortelijke weerstand van zilver is bijvoorbeeld 1,59 10 -8 Ohm m, en glas is ongeveer 10 10 Ohm m. Referentietabellen geven de weerstandswaarden van sommige stoffen.

De betekenis van de wet van Ohm.

Uit de wet van Ohm volgt dat bij een gegeven spanning de stroomsterkte in een sectie van de schakeling groter is, hoe lager de weerstand van deze sectie. Als om de een of andere reden (schending van de isolatie van nabijgelegen draden, onzorgvuldige acties bij het werken met elektrische bedrading, enz.) de weerstand tussen twee bekrachtigde punten erg klein blijkt te zijn, dan neemt de stroomsterkte sterk toe (een kortsluiting), wat kan leiden tot uitval van elektrische apparaten en zelfs tot brand.

Juist vanwege de wet van Ohm kun je niet zeggen dat hoe hoger de spanning, hoe gevaarlijker deze is voor mensen. De weerstand van het menselijk lichaam kan sterk variëren, afhankelijk van de omstandigheden (vochtigheid, temperatuur). omgeving(de interne toestand van een persoon) kan daarom zelfs een spanning van 10-20 V gevaarlijk zijn voor de menselijke gezondheid en het leven. Daarom is het altijd noodzakelijk om niet alleen rekening te houden met de spanning, maar ook met de sterkte van de elektrische stroom. Als je in een natuurkundig laboratorium werkt, moet je de veiligheidsregels strikt volgen!

De wet van Ohm is de basis voor berekeningen van elektrische circuits in de elektrotechniek.

De wet van Ohm voor een deel van een circuit: huidige sterkteI ter plaatse elektrisch circuit recht evenredig met de spanningU aan de uiteinden van de sectie en is omgekeerd evenredig met de weerstand ervan R.

Formule van de wet: I =. U = Vanaf hier schrijven we de formules IR En .

R= Afb.1.

Kettinggedeelte huidige sterkteI Afb.2. Volledige ketting De wet van Ohm voor een compleet circuit: compleet elektrisch circuit gelijk aan emf ( elektromotorische kracht ) huidige bron E (, gedeeld door impedantie kettingen R+r). De totale weerstand van het circuit is gelijk aan de som van de externe circuitweerstanden R en intern
. R

huidige bron. Formule van de wet

ik = In afb. 1 en 2 tonen schema's van elektrische circuits. IR 3. Serie- en parallelschakeling van geleiders Geleiders in elektrische circuits kunnen worden aangesloten

opeenvolgend parallel .

Een gemengde verbinding combineert beide verbindingen.

Een weerstand, wanneer ingeschakeld in plaats van alle andere geleiders die zich tussen twee punten in het circuit bevinden, blijven de stroom en spanning ongewijzigd, heet gelijkwaardige weerstand

deze geleiders. Seriële verbinding Een verbinding wordt serieel genoemd waarin

1. Voor seriële verbinding geleiders(Afb. 1) De stroomsterkte in alle geleiders is hetzelfde:I 1 = I 2 = I 3 = I

Rijst. 1.Seriële aansluiting van twee geleiders.

2. Volgens de wet van Ohm, spanning U 1 En U 2 op de geleiders zijn gelijk U 1 = Vanaf hier schrijven we de formules 1 , U 2 = Vanaf hier schrijven we de formules 2 , U 3 = Vanaf hier schrijven we de formules 3 .

De spanning bij het in serie schakelen van geleiders is gelijk aan de som van de spanningen op aparte ruimtes(geleiders) van een elektrisch circuit.

U = U 1 + U 2 + U 3

Wet van Ohm, spanning U 1, U 2 op de geleiders zijn gelijk U 1 = Vanaf hier schrijven we de formules 1 , U 2 = Vanaf hier schrijven we de formules 2 , In overeenstemming met de tweede regel van Kirchhoff is de spanning over de hele sectie:

U = U 1 + U 2 = Vanaf hier schrijven we de formules 1 + Vanaf hier schrijven we de formules 2 = ik(R 1 + R 2 )= I·R. Wij krijgen:kettingen = kettingen 1 + kettingen 2

Totale spanningU op de geleiders is gelijk aan de som van de spanningenU 1 , U 2 , U 3 gelijk aan:U = U 1 + U 2 + U 3 = I · (kettingen 1 + kettingen 2 + kettingen 3 ) = Vanaf hier schrijven we de formules

Waarkettingen EKV – equivalent weerstand van het hele circuit. Vanaf hier: kettingen EKV = kettingen 1 + kettingen 2 + kettingen 3

Bij een serieschakeling is de equivalente weerstand van het circuit gelijk aan de som van de weerstanden van de afzonderlijke secties van het circuit : R EKV = kettingen 1 + kettingen 2 + kettingen 3 +…

Dit resultaat is waar voor welk nummer dan ook in serie geschakelde geleiders.

Uit de wet van Omas volgt: als de huidige krachten gelijk zijn in een serieschakeling:

I = , I = . = Vanaf hier = of

, dat wil zeggen dat de spanningen in individuele secties van het circuit recht evenredig zijn met de weerstanden van de secties. Voor seriële verbinding N 1 identieke geleiders is de totale spanning gelijk aan het product van de spanning van één U Voor seriële verbinding:

U op basis van hun nummer = Voor seriële verbinding · U 1 . NAGEBOORTE : kettingen op basis van hun nummer = Voor seriële verbinding · kettingen 1

Hetzelfde geldt voor weerstanden

Wanneer het circuit van één van de in serie geschakelde verbruikers opengaat, verdwijnt de stroom in het hele circuit, waardoor een serieschakeling in de praktijk niet altijd handig is.

De stroomsterkte in een sectie van een circuit is direct evenredig met de spanning, en omgekeerd evenredig met de elektrische weerstand van een gegeven sectie van het circuit.

De wet van Ohm wordt geschreven als:

Waar: I - stroom (A), U - spanning (V), R - weerstand (Ohm). Dat moet in gedachten worden gehouden De wet van Ohm is fundamenteel (basis) en kan op iedereen worden toegepast fysiek systeem

, waarin er stromen van deeltjes of velden zijn die weerstand overwinnen. Het kan worden gebruikt om hydraulische, pneumatische, magnetische, elektrische, licht- en warmtestromen te berekenen.

De wet van Ohm definieert de relatie tussen drie fundamentele grootheden: stroom, spanning en weerstand. Hij stelt dat de stroom recht evenredig is met de spanning en omgekeerd evenredig met de weerstand. Stroom vloeit van een punt met een overschot aan elektronen naar een punt met een tekort aan elektronen. Het pad dat de stroom volgt, wordt een elektrisch circuit genoemd. Alle elektrische circuits bestaan ​​uit, huidige bron En geleiders. ladingen De stroombron levert het potentiaalverschil , waardoor stroom kan stromen. De stroombron kan een batterij, generator of ander apparaat zijn.. Deze weerstand kan hoog of laag zijn, afhankelijk van het doel van de schakeling. Stroom in een circuit stroomt door geleiders van bron naar belasting. De geleider moet gemakkelijk elektronen afstaan. De meeste geleiders gebruiken koper.

Het pad van elektrische stroom naar een belasting kan door drie soorten circuits gaan: serieschakeling, parallelle schakeling of serie-parallelle schakeling. De elektronenstroom in een elektrisch circuit stroomt van de negatieve pool van de stroombron, via de belasting naar de positieve pool van de stroombron.

Zolang dit pad niet wordt verbroken, is het circuit gesloten en vloeit er stroom.

Als het pad echter wordt onderbroken, wordt het circuit open en kan er geen stroom doorheen stromen.

De stroom in een elektrisch circuit kan worden gewijzigd door de aangelegde spanning of de weerstand van het circuit te wijzigen. Stroomveranderingen in dezelfde verhoudingen als spanning of weerstand. Als de spanning toeneemt, neemt de stroom ook toe. Als de spanning afneemt, neemt de stroom ook af. Aan de andere kant, als de weerstand toeneemt, neemt de stroom af. Als de weerstand afneemt, neemt de stroom toe. Deze relatie tussen spanning, stroom en weerstand wordt de wet van Ohm genoemd.

De wet van Ohm stelt dat de stroom in een circuit (serieel, parallel of serie-parallel) recht evenredig is met de spanning en omgekeerd evenredig met de weerstand.

Volg deze regels bij het bepalen van onbekende grootheden in een circuit:

1. Teken een schakelschema en benoem alle bekende grootheden.
2. Voer berekeningen uit voor gelijkwaardige circuits en teken het circuit opnieuw.
3. Bereken de onbekende grootheden.

Onthoud: de wet van Ohm geldt voor elk deel van het circuit en kan op elk moment worden toegepast. Door serieschakeling dezelfde stroom vloeit, en naar elke tak parallel circuit dezelfde spanning wordt toegepast.

Geschiedenis van de wet van Ohm

Georg Ohm, die experimenten uitvoerde met een geleider, ontdekte dat de stroomsterkte in een geleider evenredig is met de spanning die op de uiteinden wordt aangelegd. De evenredigheidscoëfficiënt wordt elektrische geleidbaarheid genoemd, en de waarde wordt gewoonlijk de elektrische weerstand van de geleider genoemd. De wet van Ohm werd in 1826 ontdekt.

Hieronder staan ​​animaties van circuits die de wet van Ohm illustreren. Merk op dat (op de eerste afbeelding) de ampèremeter (A) ideaal is en geen weerstand heeft.

Deze animatie laat zien hoe de stroom in een circuit verandert wanneer de aangelegde spanning verandert.

De volgende animatie laat zien hoe de stroom in een circuit verandert naarmate de weerstand verandert.