Elektrische circuits zijn alomtegenwoordig in ons dagelijks leven. Van de complexe geïntegreerde schakelingen die het apparaat bedienen waarop je dit artikel leest, tot de bedrading waarmee je een gloeilamp in je huis aan en uit kunt schakelen, je hele leven zou radicaal anders zijn als je niet overal door circuits zou worden omringd je gaat.

Maar de meeste mensen leren niet echt de kernachtigheid van hoe circuits werken en de vrij eenvoudige vergelijkingen - zoals de wet van Ohm - die de relaties verklaren tussen sleutelconcepten zoals elektrische weerstand, spanning en elektrische stroom. Een beetje dieper ingaan op de fysica van elektronica kan je echter een veel dieper inzicht geven in de kernregels die ten grondslag liggen aan de meeste moderne technologie.
Wat is de wet van Ohm?

De wet van Ohm is een van de belangrijkste vergelijkingen als het gaat om het begrijpen van elektrische circuits, maar als je het gaat begrijpen, heb je een goed begrip nodig van de basisconcepten die het verbindt: voltage
, current
en weerstand
. De wet van Ohm is gewoon de vergelijking die de relatie tussen deze drie grootheden voor de meeste geleiders beschrijft.

Spanning is de meest gebruikte term voor het elektrische potentiaalverschil tussen twee punten, en het biedt de "push" die elektrische lading om rond een geleidende lus te bewegen.

Elektrisch potentieel is een vorm van potentiële energie, zoals potentiële zwaartekrachtenergie, en het wordt gedefinieerd als de elektrische potentiële energie per lading per eenheid. De SI-eenheid voor spanning is de volt (V) en 1 V \u003d 1 J /C, of één joule energie per coulomb van lading. Het wordt soms ook elektromotorische kracht
of EMF genoemd.

Elektrische stroom is de stroomsnelheid van elektrische lading voorbij een bepaald punt in een circuit, dat de SI-eenheid van de ampère heeft (A) , waarbij 1 A \u003d 1 C /s (één lading per seconde). Het komt in de vorm van gelijkstroom (DC) en wisselstroom (AC), en hoewel DC eenvoudiger is, worden AC-circuits gebruikt om stroom te leveren aan de meeste huishoudens over de hele wereld omdat het gemakkelijker en veiliger is om over lange afstanden te verzenden. >

Het laatste concept dat u moet begrijpen voordat u de wet van Ohm aanpakt, is weerstand, wat een maat is voor het verzet tegen de stroom in een circuit. De SI-eenheid voor weerstand is de ohm (die de Griekse letter omega, Ω gebruikt), waarbij 1 Ω \u003d 1 V /A.
Ohm's wetvergelijking

De Duitse fysicus Georg Ohm beschreef de relatie tussen spanning , stroom en weerstand in zijn gelijknamige vergelijking. De wetformule van de Ohm is:
V \u003d IR

waarbij V
de spanning of het potentiaalverschil is, I
is de hoeveelheid stroom en weerstand R
is de uiteindelijke hoeveelheid.

De vergelijking kan op een eenvoudige manier worden herschikt om een formule te produceren voor het berekenen van stroom op basis van spanning en weerstand, of weerstand op basis van stroom en spanning. Als u niet vertrouwd bent met het herschikken van vergelijkingen, kunt u de driehoek van de wet van Ohm opzoeken (zie bronnen), maar het is vrij eenvoudig voor iedereen die bekend is met de basisregels van de algebra.

De kernpunten van de wet van Ohm laat zien dat spanning direct evenredig is met elektrische stroom (dus hoe hoger de spanning, hoe hoger de stroom), en dat stroom omgekeerd evenredig is met weerstand (dus hoe hoger de weerstand, hoe lager de stroom).

U kunt de analogie van de waterstroom gebruiken om de belangrijkste punten te onthouden, die is gebaseerd op een pijp met een uiteinde bovenaan een heuvel en een uiteinde onderaan. De spanning is als de hoogte van de heuvel (een steilere, hogere heuvel betekent meer spanning), de huidige stroom is als de stroom van water (water stroomt sneller een steilere heuvel af) en weerstand is als de wrijving tussen de zijkanten van de pijp en het water (een dunnere pijp zorgt voor meer wrijving en vermindert de snelheid van de waterstroom, zoals een hogere weerstand doet voor elektrische stroom).
Waarom is de wet van Ohm belangrijk?

De wet van Ohm is van vitaal belang om elektrische circuits te beschrijven omdat deze de spanning relateert aan de stroom, waarbij de weerstandswaarde de relatie tussen beide modereert. Daarom kunt u de wet van Ohm gebruiken om de hoeveelheid stroom in een circuit te regelen, weerstanden toevoegen om de stroom te verminderen en ze weghalen om de hoeveelheid stroom te vergroten.

Het kan ook worden uitgebreid om te beschrijven elektrisch vermogen (de snelheid van de energiestroom per seconde), omdat vermogen P \u003d IV, en u kunt het dus gebruiken om ervoor te zorgen dat uw circuit voldoende energie levert voor bijvoorbeeld een apparaat van 60 watt.

Voor natuurkundestudenten , het belangrijkste van de wet van Ohm is dat je circuitdiagrammen kunt analyseren, vooral als je het combineert met de wetten van Kirchhoff, die daarop volgen.

De spanningwet van Kirchhoff stelt dat de spanningsval rond een gesloten lus in een circuit is altijd gelijk aan nul, en de huidige wet stelt dat de hoeveelheid stroom die in een knooppunt of knooppunt in een circuit stroomt, gelijk is aan de hoeveelheid die eruit stroomt. Je kunt de wet van Ohm gebruiken in het bijzonder met de spanningswet om de spanningsval over elk onderdeel van een circuit te berekenen, wat een veel voorkomend probleem is in elektronische klassen.
Voorbeelden van Ohm's wet

Je kunt de wet van Ohm gebruiken om een onbekende hoeveelheid van de drie te vinden, op voorwaarde dat u de andere twee hoeveelheden voor het betreffende elektrische circuit kent. Het doornemen van enkele basisvoorbeelden laat zien hoe dit wordt gedaan.

Stel u eerst voor dat u een 9-volt batterij hebt aangesloten op een circuit met een totale weerstand van 18 Ω. Hoeveel stroom vloeit er wanneer u het circuit aansluit? Door de wet van Ohm te herschikken (of een driehoek te gebruiken), kunt u het volgende vinden:
\\ begin {uitgelijnd} I & \u003d \\ frac {V} {R} \\\\ & \u003d \\ frac {9 \\ text {V}} {18 \\ text {Ω}} \\\\ & \u003d 0.5 \\ text {A} \\ end {gericht}

Dus 0,5 ampère stroom vloeit rond het circuit. Stel je nu voor dat dit de perfecte hoeveelheid stroom is voor een component die je wilt voeden, maar je hebt alleen een 12-V batterij. Hoeveel weerstand moet u toevoegen om ervoor te zorgen dat de component de optimale hoeveelheid stroom krijgt? Nogmaals, u kunt de wet van Ohm herschikken en oplossen om het antwoord te vinden:
\\ begin {uitgelijnd} R & \u003d \\ frac {V} {I} \\\\ & \u003d \\ frac {12 \\ text {V}} {0.5 \\ text {A}} \\\\ & \u003d 24 \\ text {Ω} \\ end {gericht}

Dus je hebt een 24-Ω weerstand nodig om je circuit te voltooien. Wat is ten slotte de spanningsval over een weerstand van 5 Ω in een circuit met 2 A stroom die erdoorheen stroomt? Deze keer werkt de standaard V \u003d IR-vorm van de wet prima:
\\ begin {uitgelijnd} V & \u003d IR \\\\ & \u003d 2 \\ text {A} × 5 \\ text {Ω} \\\\ & \u003d 10 \\ text {V} \\ end {alignment} Ohmse en niet-ohmse weerstanden

Je kunt de wet van Ohm in een groot aantal situaties gebruiken, maar de geldigheid is beperkt - het is geen echt fundamentele wet van fysica. De wet beschrijft een lineair verband tussen spanning en stroom, maar dit verband geldt alleen als de weerstand of het weerstandselement waarmee u werkt een constante weerstand heeft onder verschillende spanning V
en stroom I
waarden.

Materialen die zich aan deze regel houden, worden ohmse weerstanden genoemd, en hoewel de meeste fysische problemen ohmse weerstanden zullen betreffen, bent u bekend met veel niet-ohmse weerstanden uit uw dagelijks leven.

Een gloeilamp is een perfect voorbeeld van een niet-ohmse weerstand. Wanneer u een grafiek maakt van V
versus I
voor ohmse weerstanden, toont dit een volledig lineaire relatie, maar als u dit doet voor zoiets als een gloeilamp, verandert de situatie . Naarmate de gloeidraad in de lamp opwarmt, neemt de weerstand van de lamp toe
, wat betekent dat de grafiek een curve wordt in plaats van een rechte lijn, en de wet van Ohm niet van toepassing is.