Wet van Ohm - Hoe spanning, stroom en weerstand zich verhouden

De eerste, en misschien wel belangrijkste, de relatie tussen stroom, spanning en weerstand wordt de wet van Ohm genoemd, ontdekt door Georg Simon Ohm en gepubliceerd in zijn artikel uit 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically.

Spanning, stroom en weerstand

Een elektrisch circuit wordt gevormd wanneer een geleidend pad wordt gecreëerd om de elektrische lading continu te laten bewegen. Deze continue beweging van elektrische lading door de geleiders van een circuit wordt een stroom genoemd , en er wordt vaak naar verwezen in termen van 'stroom', net als de stroom van een vloeistof door een holle pijp.

De kracht die ladingsdragers ertoe aanzet om in een circuit te "stromen" wordt spanning genoemd . Spanning is een specifieke maat voor potentiële energie die altijd relatief is tussen twee punten.

Als we het hebben over een bepaalde hoeveelheid spanning die in een circuit aanwezig is, bedoelen we de meting van hoeveel potentiaal energie bestaat om ladingsdragers van een bepaald punt in dat circuit naar een ander bepaald punt te verplaatsen. Zonder verwijzing naar twee bepaalde punten heeft de term “spanning” geen betekenis.

Stroom heeft de neiging om door de geleiders te bewegen met een zekere mate van wrijving of weerstand tegen beweging. Deze oppositie tegen beweging wordt beter weerstand genoemd . De hoeveelheid stroom in een circuit hangt af van de hoeveelheid spanning en de hoeveelheid weerstand in het circuit om de stroomstroom tegen te gaan.

Net als spanning is weerstand een hoeveelheid die relatief is tussen twee punten. Om deze reden worden de hoeveelheden spanning en weerstand vaak vermeld als "tussen" of "over" twee punten in een circuit.

Maateenheden:Volt, Amp en Ohm

Om zinvolle uitspraken te kunnen doen over deze grootheden in circuits, moeten we hun grootheden kunnen beschrijven op dezelfde manier waarop we massa, temperatuur, volume, lengte of een andere fysieke hoeveelheid kunnen kwantificeren. Voor massa kunnen we de eenheden "kilogram" of "gram" gebruiken.

Voor temperatuur kunnen we graden Fahrenheit of graden Celsius gebruiken. Dit zijn de standaard meeteenheden voor elektrische stroom, spanning en weerstand:

Het "symbool" dat voor elke hoeveelheid wordt gegeven, is de standaard alfabetische letter die wordt gebruikt om die hoeveelheid in een algebraïsche vergelijking weer te geven. Gestandaardiseerde letters zoals deze zijn gebruikelijk in de disciplines natuurkunde en techniek en worden internationaal erkend.

De "eenheidsafkorting" voor elke grootheid vertegenwoordigt het alfabetische symbool dat wordt gebruikt als een verkorte notatie voor de specifieke meeteenheid. En ja, dat vreemd uitziende "hoefijzer"-symbool is de Griekse hoofdletter Ω, gewoon een teken in een vreemd alfabet (excuses aan eventuele Griekse lezers hier).

Elke meeteenheid is vernoemd naar een beroemde experimentator in elektriciteit:de amp naar de Fransman Andre M. Ampere, de volt naar de Italiaan Alessandro Volta, en de ohm naar de Duitser Georg Simon Ohm.

Het wiskundige symbool voor elke hoeveelheid is ook zinvol. De "R" voor weerstand en de "V" voor spanning spreken beide voor zich, terwijl "I" voor stroom een ​​beetje raar lijkt. Men denkt dat de "I" bedoeld was om "Intensiteit" (van ladingsstroom) te vertegenwoordigen, en het andere symbool voor spanning, "E", staat voor "elektromotorische kracht". Uit wat voor onderzoek ik heb kunnen doen, lijkt er enige onenigheid te bestaan ​​over de betekenis van 'ik'.

De symbolen "E" en "V" zijn grotendeels uitwisselbaar, hoewel sommige teksten "E" reserveren om spanning over een bron (zoals een batterij of generator) weer te geven en "V" om spanning over iets anders weer te geven.

Al deze symbolen worden uitgedrukt in hoofdletters, behalve in gevallen waarin een hoeveelheid (vooral spanning of stroom) wordt beschreven in termen van een korte tijdsperiode (een "onmiddellijke" waarde genoemd). De spanning van een batterij, die gedurende een lange periode stabiel is, wordt bijvoorbeeld gesymboliseerd met een hoofdletter "E", terwijl de spanningspiek van een blikseminslag op het moment dat deze een hoogspanningslijn raakt, zeer waarschijnlijk worden gesymboliseerd met een kleine letter "e" (of kleine letter "v") om die waarde aan te duiden als zijnde op een enkel moment in de tijd.

Deze zelfde conventie in kleine letters geldt ook voor stroom, de kleine letter "i" staat voor stroom op een bepaald moment in de tijd. De meeste gelijkstroommetingen (DC) zijn echter stabiel in de tijd en worden gesymboliseerd met hoofdletters.

Coulomb en elektrische lading

Een fundamentele eenheid voor elektrische metingen die vaak aan het begin van elektronicacursussen wordt onderwezen, maar daarna niet vaak wordt gebruikt, is de eenheid van de coulomb , wat een maat is voor elektrische lading die evenredig is met het aantal elektronen in een onevenwichtige toestand. Eén coulomb lading is gelijk aan 6.250.000.000.000.000.000 elektronen.

Het symbool voor de hoeveelheid elektrische lading is de hoofdletter "Q", waarbij de eenheid van coulombs wordt afgekort door de hoofdletter "C". Het is zo dat de eenheid voor stroom, de versterker, gelijk is aan 1 coulomb lading die in 1 seconde door een bepaald punt in een circuit gaat. In deze termen gegoten, is stroom de snelheid van elektrische ladingsbeweging door een dirigent.

Zoals eerder vermeld, is spanning de maat voor potentiële energie per eenheid lading beschikbaar om de stroom van het ene punt naar het andere te motiveren. Voordat we precies kunnen definiëren wat een "volt" is, moeten we begrijpen hoe we deze hoeveelheid kunnen meten die we "potentiële energie" noemen. De algemene metrische eenheid voor energie van welke aard dan ook is de joule , gelijk aan de hoeveelheid arbeid verricht door een kracht van 1 newton uitgeoefend door een beweging van 1 meter (in dezelfde richting).

In Britse eenheden is dit iets minder dan 3/4 pond kracht uitgeoefend over een afstand van 1 voet. In algemene termen gezegd, het kost ongeveer 1 joule energie om een ​​gewicht van 3/4 pond 1 voet van de grond te tillen, of om iets over een afstand van 1 voet te slepen met een parallelle trekkracht van 3/4 pond. In deze wetenschappelijke termen gedefinieerd, is 1 volt gelijk aan 1 joule elektrische potentiële energie per (gedeeld door) 1 coulomb lading. Een batterij van 9 volt geeft dus 9 joule energie vrij voor elke coulomb lading die door een circuit wordt verplaatst.

Deze eenheden en symbolen voor elektrische grootheden zullen erg belangrijk worden om te weten als we de relaties tussen hen in circuits gaan onderzoeken.

De vergelijking van de wet van Ohm

De belangrijkste ontdekking van Ohm was dat de hoeveelheid elektrische stroom door een metalen geleider in een circuit recht evenredig is met de spanning die erover wordt aangelegd, voor een bepaalde temperatuur. Ohm drukte zijn ontdekking uit in de vorm van een eenvoudige vergelijking, die beschrijft hoe spanning, stroom en weerstand met elkaar samenhangen:

In deze algebraïsche uitdrukking is spanning (E) gelijk aan stroom (I) vermenigvuldigd met weerstand (R). Met behulp van algebratechnieken kunnen we deze vergelijking in twee varianten manipuleren, respectievelijk oplossend voor I en voor R:

Eenvoudige schakelingen analyseren met de wet van Ohm

Laten we eens kijken hoe deze vergelijkingen kunnen werken om ons te helpen eenvoudige circuits te analyseren:

In het bovenstaande circuit is er slechts één spanningsbron (de batterij, aan de linkerkant) en slechts één bron van weerstand tegen stroom (de lamp, aan de rechterkant). Dit maakt het heel eenvoudig om de wet van Ohm toe te passen. Als we de waarden kennen van twee van de drie grootheden (spanning, stroom en weerstand) in dit circuit, kunnen we de wet van Ohm gebruiken om de derde te bepalen.

In dit eerste voorbeeld zullen we de hoeveelheid stroom (I) in een circuit berekenen, gegeven waarden van spanning (E) en weerstand (R):

Wat is de hoeveelheid stroom (I) in dit circuit?

In dit tweede voorbeeld zullen we de hoeveelheid weerstand (R) in een circuit berekenen, gegeven waarden van spanning (E) en stroom (I):

Wat is de hoeveelheid weerstand (R) die de lamp biedt?

In het laatste voorbeeld zullen we de hoeveelheid spanning berekenen die door een batterij wordt geleverd, gegeven waarden van stroom (I) en weerstand (R):

Wat is de hoeveelheid spanning die door de batterij wordt geleverd?

Wetdriehoekstechniek van Ohm

De wet van Ohm is een zeer eenvoudig en handig hulpmiddel voor het analyseren van elektrische circuits. Het wordt zo vaak gebruikt bij de studie van elektriciteit en elektronica dat het door de serieuze student in het geheugen moet worden vastgelegd. Voor degenen die nog niet vertrouwd zijn met algebra, is er een truc om te onthouden hoe je voor elke hoeveelheid kunt oplossen, gezien de andere twee.

Plaats eerst de letters E, I en R in een driehoek als volgt:

Als je E en I kent en R wilt bepalen, verwijder dan gewoon R van de foto en kijk wat er over is:

Als je E en R kent en I wilt bepalen, elimineer dan I en kijk wat er over is:

Ten slotte, als je I en R kent en E wilt bepalen, elimineer dan E en kijk wat er over is:

Uiteindelijk moet je bekend zijn met algebra om elektriciteit en elektronica serieus te bestuderen, maar deze tip kan je eerste berekeningen een beetje gemakkelijker maken om te onthouden. Als u vertrouwd bent met algebra, hoeft u alleen E=IR in het geheugen vast te leggen en de andere twee formules daaruit af te leiden wanneer u ze nodig hebt!

BEOORDELING:

• Spanning wordt gemeten in volt , gesymboliseerd door de letters "E" of "V".
• Stroom wordt gemeten in ampère , gesymboliseerd door de letter "I".
• Weerstand wordt gemeten in ohm , gesymboliseerd door de letter "R".
• Wet van Ohm:E =IR; ik =E/R; R =E/I

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Wet van Ohm
• Werkblad voor de wet van Ohm met antwoorden

Probeer onze rekenmachine voor de wet van Ohm uit in onze sectie Tools.