OHMO DĖSNIS: VIENETAI IR FORMULĖ, SKAIČIAVIMAS, PAVYZDŽIAI, PRATIMAI - FIZINIS - 2025

Į Omo 's teis ÷ jo makroskopinis forma, rodo, kad įtampa ir intensyvumas srovė grandinėje yra tiesiogiai proporcingas varža yra proporcingumo konstanta. Pažymint šiuos tris kiekius atitinkamai kaip V, I ir R, Ohmo įstatymas teigia: V = IR

Taip pat Ohmo dėsnis yra apibendrintas, kad apimtų grandinės elementus, kurie kintamosios srovės grandinėse nėra vien tik varžiniai, tokiu būdu ji įgauna tokią formą: V = IZ

1 paveikslas. Ohmo dėsnis galioja daugeliui grandinių. Šaltinis: „Wikimedia Commons“. Tlapicka

Kur Z yra varža, kuri taip pat reiškia pasipriešinimą kintamos srovės praleidimui grandinės elementu, pavyzdžiui, kondensatoriumi ar induktyvumu.

Reikėtų pažymėti, kad ne visos grandinės medžiagos ir elementai atitinka Ohmo įstatymus. Tie, kuriuose jis galioja, yra vadinami ohminiais elementais, o kai jis neįvykdomas, jie vadinami ne ohmiais ar netiesiniais.

Įprasti elektriniai varžai yra omo tipo, tačiau diodai ir tranzistoriai nėra, nes įtampos ir srovės santykis juose nėra tiesinis.

Ohmos įstatymas savo vardą skolingas Bavarijoje gimusiu vokiečių fiziku ir matematiku George'u Simonu Ohmu (1789–1854), kuris per savo karjerą atsidavė elektrinių grandinių elgsenai tirti. Elektrinės varžos vienetas SI tarptautinėje sistemoje buvo pavadintas jo garbei: omas, kurį taip pat išreiškia graikiška raidė Ω.

Kaip jis apskaičiuojamas?

Nors makroskopinė Ohmo dėsnio forma yra geriausiai žinoma, nes ji susieja kiekius, kuriuos lengvai galima išmatuoti laboratorijoje, mikroskopinė forma susieja du svarbius vektorių dydžius: elektrinį lauką E ir srovės tankį J :

Kai σ yra medžiagos elektrinis laidumas, savybė, rodanti, kaip lengva valdyti srovę. Savo ruožtu J yra vektorius, kurio dydis yra I srovės stiprio ir A skerspjūvio ploto, per kurį jis cirkuliuoja, santykis.

Logiška manyti, kad tarp medžiagos viduje esančio elektrinio lauko ir per ją cirkuliuojančios elektros srovės yra natūralus ryšys, kad kuo didesnė srovė, tuo didesnė srovė.

Bet srovė nėra vektorius, nes ji neturi krypties erdvėje. Kita vertus, vektorius J yra statmenas arba normalus laidininko skerspjūvio plotui, o jo kryptis yra srovės kryptis.

Remdamiesi šia Ohmo dėsnio forma gauname pirmąją lygtį, darant prielaidą, kad ilgio laidininkas yra cross ir A skerspjūvis, o J ir E dydžius pakeisime :

Laidumo atvirkštinė dalis yra vadinama varža ir žymima graikiška raidė ρ:

Taigi:

Laidininko varža

Lygtyje V = (ρℓ / A) .I konstanta (ρℓ / A) yra varža, todėl:

Laidininko varža priklauso nuo trijų veiksnių:

- jo atsparumas ρ, būdingas medžiagai, su kuria ji gaminama.

-Ilgis ℓ.

- jo skerspjūvio plotas A.

Kuo didesnis ℓ, tuo didesnis pasipriešinimas, nes dabartiniai nešėjai turi daugiau galimybių susidurti su kitomis laidininko viduje esančiomis dalelėmis ir prarasti energiją. Ir atvirkščiai, kuo aukštesnis A, tuo lengviau dabartiniams vežėjams tvarkingai judėti per medžiagą.

Galiausiai, kiekvienos medžiagos molekulinėje struktūroje slypi tai, kaip lengvai medžiaga praleidžia elektros srovę. Pavyzdžiui, metalai, tokie kaip varis, auksas, sidabras ir platina, kurių mažas atsparumas, yra geri laidininkai, o medis, kaučiukas ir aliejus nėra, todėl jie turi didesnį atsparumą.

Pavyzdžiai

Pateikiame du iliustracinius Ohmo įstatymo pavyzdžius.

Eksperimentas norint patikrinti Ohmo dėsnį

Paprasta patirtis iliustruoja Ohmo dėsnį, tam jums reikia laidžios medžiagos gabalo, kintamos įtampos šaltinio ir multimetro.

Tarp laidžios medžiagos galų yra nustatyta įtampa V, kuri po truputį turi kisti. Naudojant kintamą galios šaltinį, galima nustatyti minėtos įtampos vertes, kurios matuojamos multimetru, taip pat srovę I, tekančią per laidininką.

V ir I reikšmių poros įrašomos į lentelę, o kartu su jomis grafikas sudaromas ant grafiko popieriaus. Jei gauta kreivė yra tiesė, medžiaga yra omo, bet jei tai yra bet kuri kita kreivė, medžiaga yra ne ohminė.

Pirmuoju atveju galima nustatyti linijos nuolydį, kuris lygus laidininko pasipriešinimui R arba jo atvirkštiniam - laidumui.

Žemiau esančiame paveikslėlyje mėlyna linija žymi vieną iš šių ohminių medžiagų grafikų. Tuo tarpu geltonos ir raudonos kreivės yra pagamintos iš neohminių medžiagų, kaip, pavyzdžiui, puslaidininkių.

2 pav. I diagrama vs. V - ominėms medžiagoms (mėlyna linija) ir ne ohmoms. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Hidro dėsnio hidraulinė analogija

Įdomu žinoti, kad pagal Ohio įstatymą elektros srovė elgiasi panašiai kaip vanduo, cirkuliuojantis per vamzdį. Anglų fizikas Oliveris Lodge pirmasis pasiūlė imituoti srovės elgesį, naudojant hidraulikos elementus.

Pavyzdžiui, vamzdžiai žymi laidus, nes vanduo cirkuliuoja per juos, o srovės nešėjai - per pastaruosius. Kai vamzdyje susiaurėja, sunku praeiti vandenį, todėl tai prilygtų elektrinei varža.

Slėgio skirtumas dviejuose vamzdžio galuose leidžia vandeniui tekėti, o tai suteikia aukščio ar vandens siurblio skirtumą. Panašiai ir potencialo skirtumas (akumuliatorius) palaiko krūvį. , lygus vandens srautui ar tūriui per laiko vienetą.

Stūmoklinis siurblys atliktų kintamos įtampos šaltinio vaidmenį, tačiau vandens siurblio įvedimo pranašumas yra tas, kad hidraulinė grandinė būtų uždaryta, lygiai taip pat kaip ir elektros grandinė, kad srovė tekėtų.

3 pav. Hidro dėsnio hidraulinė analogija: a) vandens srauto sistemoje ir b) paprastoje varžinėje grandinėje. Šaltinis: Tippens, P. 2011. Fizika: sąvokos ir programos. 7-asis leidimas. McGraw Hill.

Rezistoriai ir jungikliai

Grandinės jungiklio atitikmuo, tai būtų chronometras. Tai aiškinama taip: jei grandinė atidaryta (čiaupas uždarytas), srovė, kaip ir vanduo, negali tekėti.

Kita vertus, uždarius jungiklį (čiaupas visiškai atidarytas) tiek srovė, tiek vanduo gali be problemų tekėti per laidininką ar vamzdį.

Uždaromasis čiaupas arba vožtuvas taip pat gali parodyti pasipriešinimą: kai čiaupas yra visiškai atidarytas, jis prilygsta nuliniam pasipriešinimui arba trumpam jungimui. Jei jis visiškai užsidaro, tai yra tarsi atjungta grandinė, o iš dalies uždaryta - tarsi turinti tam tikros vertės varžą (žr. 3 pav.).

Pratimai

- 1 pratimas

Elektriniam lygintuvui žinoma, kad tinkamai veikti reikia 2A, esant 120 V įtampai. Koks jo atsparumas?

Sprendimas

Išspręskite pasipriešinimą pagal Ohmo įstatymus:

- 2 pratimas

3 mm skersmens ir 150 m ilgio vielos elektrinė varža esant 20 ° C yra 3,00 Ω. Raskite medžiagos atsparumą.

Sprendimas

R lygtis R = ρℓ / A yra tinkama, todėl pirmiausia reikia rasti skerspjūvio plotą:

Galiausiai, kai jūs pakeičiate, jūs gaunate:

Nuorodos

1. Resnick, R. 1992. Fizika. Trečias išplėstas leidimas ispanų kalba. 2 tomas. Compañía Continental SA de CV
2. Searsas, Zemansky. 2016. Universiteto fizika su šiuolaikine fizika. 14 ^-oji . Ed. 2 tomas. 817-820.
3. Serway, R., Jewett, J. 2009. Fizika mokslui ir inžinerijai su šiuolaikine fizika. 7-asis leidimas. 2 tomas. „Cengage“ mokymasis. 752–775.
4. Tippens, P. 2011. Fizika: sąvokos ir programos. 7-asis leidimas. McGraw Hill.
5. Sevilijos universitetas. Taikomosios fizikos katedra III. Srovės tankis ir intensyvumas. Atgauta iš: us.es.
6. Walkeris, J. 2008. Fizika. 4-asis Pearsonas, 725–728