De belangrijkste wet van elektrotechniek: de wet van Ohm
De wet van Ohm
De Duitse natuurkundige Georg Ohm (1787 -1854) stelde experimenteel vast dat de sterkte van de stroom I die door een uniforme metalen geleider stroomt (d.w.z. een geleider waarin geen externe krachten werken) evenredig is met de spanning U aan de uiteinden van de geleider:
ik = U / R, (1)
waar R — elektrische weerstand van de geleider.
Vergelijking (1) drukt de wet van Ohm uit voor een deel van het circuit (dat geen stroombron bevat): de stroom in een geleider is recht evenredig met de aangelegde spanning en omgekeerd evenredig met de weerstand van de geleider.
Het gedeelte van het circuit waarin de emf niet werkt. (externe krachten) wordt een homogeen deel van het circuit genoemd, daarom is deze formulering van de wet van Ohm geldig voor een homogeen deel van het circuit.
Zie hier voor meer details: De wet van Ohm voor een deel van een circuit
Nu zullen we een inhomogene sectie van het circuit beschouwen, waar de effectieve EMF van sectie 1 - 2 wordt aangegeven door Ε12 en wordt toegepast op de uiteinden van de sectie potentieel verschil — via φ1 — φ2.
Als de stroom door vaste geleiders stroomt die sectie 1-2 vormen, dan is het werk A12 van alle krachten (extern en elektrostatisch) op de stroomdragers de wet van behoud en transformatie van energie gelijk aan de warmte die vrijkomt in het gebied. Het werk van de krachten die worden uitgeoefend wanneer de lading Q0 beweegt in de sectie 1 - 2:
A12 = Q0E12 + Q0 (φ1 — φ2) (2)
ems E12 ook stroomsterkte I is een scalaire grootheid. Het moet worden genomen met een positief of een negatief teken, afhankelijk van het teken van het werk dat door externe krachten wordt gedaan. Ik voedde. bevordert de beweging van positieve ladingen in de geselecteerde richting (in de richting 1-2), dan E12> 0. Als eenheden. voorkomt dat positieve ladingen in die richting bewegen, dan E12 <0.
Gedurende de tijd t komt er warmte vrij in de geleider:
Q = Az2Rt = IR (It) = IRQ0 (3)
Uit formules (2) en (3) krijgen we:
IR = (φ1 — φ2) + E12 (4)
Waar
ik = (φ1 — φ2 + E12) / R (5)
Uitdrukking (4) of (5) is de wet van Ohm voor een inhomogene dwarsdoorsnede van een circuit in integrale vorm, wat de algemene wet van Ohm is.
Als er geen stroombron is in een bepaald deel van het circuit (E12 = 0), dan komen we vanaf (5) uit bij de wet van Ohm voor een homogeen deel van het circuit
ik = (φ1 — φ2) / R = U / R
Als electronisch circuit is gesloten, dan vallen de geselecteerde punten 1 en 2 samen, φ1 = φ2; dan verkrijgen we uit (5) de wet van Ohm voor een gesloten circuit:
ik = E / R,
waar E de emf is die in het circuit werkt, is R de totale weerstand van het hele circuit. Over het algemeen is R = r + R1, waarbij r de interne weerstand van de stroombron is, R1 de weerstand van het externe circuit.Daarom ziet de wet van Ohm voor een gesloten circuit er als volgt uit:
ik = E / (r + R1).
Als het circuit open is, is er geen stroom (I = 0), dan krijgen we uit de wet van Ohm (4) dat (φ1 — φ2) = E12, d.w.z. emf die in een open circuit werkt, is gelijk aan het potentiaalverschil over de uiteinden. Om de emf van een stroombron te vinden, is het daarom noodzakelijk om het potentiaalverschil over de open-circuitaansluitingen te meten.
Voorbeelden van berekeningen van de wet van Ohm:
Berekening van de stroom volgens de wet van Ohm
De weerstand van de wet van Ohm berekenen
Spanningsval
Zie ook:
Over potentiaalverschil, elektromotorische kracht en spanning
Elektrische stroom in vloeistoffen en gassen
Elektrische weerstand van draden
Magnetisme en elektromagnetisme
Over het magnetische veld, solenoïdes en elektromagneten
Zelfinductie en wederzijdse inductie
Elektrisch veld, elektrostatische inductie, capaciteit en condensatoren