OHM zákon a receptúra, výpočet, príklady, cvičenia

Ten Ohmov zákon, Vo svojej makroskopickej forme naznačuje, že napätie a intenzita prúdu v obvode sú priamo proporcionálne, pričom odpor je konštantná proporcionalita. Ohmov zákon označuje tieto tri veľkosti, ako sú V, I a R, to ustanovuje: V = i.R.

Podobne je Ohmov zákon zovšeobecnený tak, aby zahŕňal prvky obvodu, ktoré nie sú čisto odporné pri striedavých obvodoch prúdu, a preto sa prijíma takto: V = i. Z.

postava 1. Ohmov zákon sa vzťahuje na mnoho obvodov. Zdroj: Wikimedia Commons. Tlapicka [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]

Kde Z Je to impedancia, ktorá tiež predstavuje opozíciu voči priechodu striedavého prúdu obvodom, napríklad kondenzátor alebo indukčnosť.

Je potrebné poznamenať, že nie všetky materiály a prvky obvodu sú v súlade s Ohmovým zákonom. Pre tých, v ktorých sa platí, sa nazývajú prvky ohmický, A v ktorom nie je splnené, nazývajú sa Neohmitný alebo nelineárne.

Bežné elektrické odpory sú ohmické, ale diódy a tranzistory nie sú, pretože vzťah medzi napätím a prúdom v nich nie je lineárny.

Ohmov zákon dlhuje jeho meno nemeckému fyzikovi a matematike. Na jeho počesť bola vymenovaná jednotka pre elektrický odpor v medzinárodnom systéme: OHM, ktorý vyjadruje aj grécky list Ω.

[TOC]

Ako sa vypočítava?

Aj keď makroskopická forma Ohmovho zákona je najznámejšia, pretože spája množstvá, ktoré sú v laboratóriu ľahko merateľné, Mikroskopická forma Vzťahuje sa na dve dôležité vektorové množstvá: elektrické pole A a aktuálna hustota J:

J = σ.A

Kde σ je elektrická vodivosť materiálu, vlastnosť, ktorá naznačuje ľahkosť, ktorú musí riadiť prúd. Na jeho časť J Je to vektor, ktorého veľkosť je kvocientom medzi súčasnou intenzitou I a plochou prierezu, do ktorého cirkuluje.

Môže vám slúžiť: Povrchové vlny: Charakteristiky, typy a príklady

Je logické predpokladať, že existuje prirodzené spojenie medzi elektrickým poľom vo vnútri materiálu a elektrickým prúdom, ktorý cez neho cirkuluje, napríklad najväčší bežnejší.

Prúd však nie je vektor, pretože nemá adresu vo vesmíre. Namiesto toho vektor J Je to kolmo - alebo normálne - do krížovej oblasti vodiča a jej význam je súčasný význam.

Z tejto formy Ohmovho zákona sa dosiahne prvá rovnica, za predpokladu, že dĺžka vodiča a prierez A a nahradenie veľkosti J a A by:

J = i/a

E = v/ℓ

J = σ.E → I/A = σ. (V/ℓ)

V = (ℓ/σ.Do).Jo

Inverzia vodivosti sa nazýva odpor A je označený gréckym písmenom ρ:

1/ σ = ρ

Preto:

V = (ρℓ/ a).I = r.Jo

Odpor vodiča

V rovnici V = (ρℓ/ a).Jo, Konštanta (ρℓ/ a) Je to preto odpor:

R = ρℓ/ a

Odpor vodiča závisí od troch faktorov:

-Jeho odpor ρ, typický pre materiál, s ktorým sa vyrába.

-Dĺžka ℓ.

-Oblasť A jeho prierezu.

Väčší ℓ, väčší odpor, pretože súčasní nosiči majú viac príležitostí na zrážanie s ostatnými časticami vo vodičovi a stratiť energiu. A naopak, na väčšie a, je ľahšie pre súčasných dopravcov, aby sa pohybovali podľa materiálu.

Nakoniec v molekulárnej štruktúre každého materiálu leží ľahkosť, s akou látka umožňuje elektrický prúd prejsť. Napríklad kovy, ako je meď, zlato, striebro a platina, s nízkym odporom, sú dobré vodiče, zatiaľ čo drevo, guma a olej nie sú, takže majú väčší odpor.

Príklady

Tu sú dva ilustratívne príklady Ohmovho zákona.

Experimentujte na kontrolu Ohmovho zákona

Jednoduchý zážitok ilustruje Ohmov zákon, pretože je potrebný kus vodivého materiálu, zdrojový zdroj napätia a multimeter.

Môže vám slúžiť: tlakové metre

Medzi koncami vodivého materiálu je stanovené napätie V, ktoré by sa malo postupne meniť. Pri premenlivom zdroji napájania je možné hodnoty uvedeného napätia fixovať, ktoré sa merajú pomocou multimetra, ako aj prúd, ktorý cirkulujem vodičom.

Páry hodnôt V a I sú zaznamenané v tabuľke a spolu s nimi je zostavený graf na milimetrovom papieri. Ak je výsledná krivka čiara, materiál je ohmický, ale ak je to iná krivka, materiál nie je -ohmický.

V prvom prípade je možné určiť sklon čiary, ktorý je rovnocenný s odporom vodiča alebo jeho inverznej vodivosti.

Na nasledujúcom obrázku predstavuje modrá čiara jednu z týchto grafikov pre ohmický materiál. Medzitým sú žlté a červené krivky neoshmických materiálov, napríklad polovodič.

Obrázok 2. Graf I Vs. V pre Ohmic Materials (modrá rovná) a neosohmické materiály. Zdroj: Wikimedia Commons.

Hydraulická analógia Ohmovho zákona

Je zaujímavé vedieť, že elektrický prúd v Ohmovom zákone má podobné správanie určitým spôsobom, ako je voda cirkulujúca rúrkou. Anglický fyzik Oliver Lodge bol prvým, kto navrhol simuláciu súčasného správania prostredníctvom hydraulických prvkov.

Napríklad potrubia predstavujú vodiče, pretože voda cirkuluje cez ne a súčasných nosičov cez posledné. Ak je v potrubí zúženie, priechod vody je ťažký, takže by to bolo ekvivalentné elektrickému odporu.

Rozdiel tlaku na dvoch koncoch trubice umožňuje prietok vody, čo poskytuje rozdiel vo výškach alebo vodné čerpadlo a analogicky je potenciálny rozdiel (batéria) ten, ktorý udržiava pohyblivé zaťaženie, čo je ekvivalent k prietoku alebo objemu voda na jednotku času.

Môže vám slúžiť: konvekčný prenos tepla (s príkladmi)

Piestové čerpadlo by predstavovalo úlohu alternatívneho zdroja napätia, ale výhodou umiestnenia vodného čerpadla je to, že by sa hydraulický obvod uzavrel, pretože elektrický obvod by mal byť prúdom prúdu.

Obrázok 3. Hydraulická analógia pre OHM zákon: v a) systém toku vody a v b) jednoduchý odporový obvod. Zdroj: Tippens, P. 2011. Fyzika: Koncepty a aplikácie. 7. vydanie. McGraw Hill.

Odpor a spínače

Ekvivalentom spínača v obvode by bol kľúčom. Týmto spôsobom sa interpretuje: Ak je obvod otvorený (uzavretý priechod), prúd, ako aj voda, nemôže prúdiť.

Na druhej strane, so zatvoreným spínačom (úplne otvorený kľúčový kľúč) môže prúd aj voda bez problémov cirkulovať vodičom alebo potrubím.

Kľúč alebo ventil priechodu môže tiež predstavovať odpor: keď sa kľúč úplne otvára, je rovnocenný s nulovou rezistenciou alebo skratom. Ak sa vôbec uzatvára, je to ako mať otvorený obvod, hoci je čiastočne uzavreté, je to ako mať odpor určitej hodnoty (pozri obrázok 3).

Cvičenia

- Cvičenie 1

Je známe, že elektrická doska vyžaduje správne fungovanie 2 A pri 120 V. Aký je váš odpor?

Riešenie

Odpor je vyčistený z Ohmovho zákona:

R = v/ i = 120 V/ 2 a = 60 Ω

- Cvičenie 2

Drôt s priemerom 3 mm a dlhý 150 m má 3 3.00 pri 20 ° C. Nájdite odpor materiálu.

Riešenie

Rovnica R = ρℓ/ a je vhodný, Preto je potrebné nájsť najprv oblasť prierezu:

A = π(D/2)² = π (3 x 10^-3 m/2)² = 4.5π x 10 ^-6 m²

Nakoniec pri výmene dostanete:

ρ = a.R /ℓ = 4.5π x 10 ^-6 m² x 3 Ω / 150 m = 2.83 x 10 ^-7 Ω.m

Odkazy

1. Resnick, r. 1992.Fyzický. Tretie vydanie predĺžené v španielčine. Zväzok 2. Kontinentálna redakčná spoločnosť s.Do. c.Vložka.
2. Sears, Zemansky. 2016. Fyzika univerzity s modernou fyzikou. 14^th. Edimatizovať. Zväzok 2. 817-820.
3. Serway, r., Jewett, J. 2009. Fyzika pre vedu a inžinierstvo s modernou fyzikou. 7. vydanie. Zväzok 2. Učenie sa. 752-775.
4. Tippens, P. 2011. Fyzika: Koncepty a aplikácie. 7. vydanie. McGraw Hill.
5. Univerzita. Katedra aplikovanej fyziky III. Hustota a súčasná intenzita. Získané z: nás.je.
6. Walker, J. 2008. Fyzika. 4. vydanie. Pearson.725-728