Llei d'Ohm va ser donada per un físic alemany Georg Simon Ohm . Indica la relació entre el corrent, la resistència i la tensió a través d'un circuit elèctric. Aquesta relació entre el corrent I, la tensió V i la resistència R va ser donada pel famós científic alemany Georg Simon Ohm l'any 1827. Durant el seu experiment, va trobar que el producte del corrent que flueix pel conductor i la resistència del conductor determina la caiguda de tensió. aquest conductor del circuit.

En aquest article, explorarem el concepte de la llei d'Ohm en detall, incloent tots els temes esmentats a la següent taula de contingut.

Definició de la llei d'Ohm

La llei d'Ohm estableix que la tensió a través d'un conductor és directament proporcional al corrent que hi circula, sempre que totes les condicions físiques i temperatures es mantinguin constants.

Per tant, segons la llei d'Ohm, el corrent que circula pel conductor és directament proporcional a la tensió a través del circuit, és a dir. V ∝ I. Així, com que la llei d'Ohm proporciona la relació bàsica entre la tensió aplicada i el corrent a través del conductor, es considera com la llei bàsica que ens ajuda a tractar el circuit elèctric. La llei d'Ohm diu que el corrent segueix una relació lineal amb la tensió.

Explicació de la llei d'Ohm

La llei d'Ohm és una de les lleis fonamentals de l'electrostàtica que estableix que la tensió a través de qualsevol conductor és directament proporcional al corrent que circula per aquest conductor. Podem definir aquesta condició com,

V ∝ I

Eliminant el signe de proporcionalitat,

V = RI

on R és la constant de proporcionalitat i s'anomena Resistència del material. La resistència del material es calcula com:

R = V/I

La resistència es mesura en ohms. Es denota amb el símbol Ω.

Fórmula de la llei d'Ohm

Amb la condició que tots els paràmetres físics i les temperatures es mantinguin constants, la llei d'Ohm estableix que la tensió a través d'un conductor és directament proporcional al corrent que hi circula.

La llei d'Ohm s'enuncia com:

V ∝ I

O

V = I × R

On,

• R és la constant de proporcionalitat coneguda com Resistència,
• EN és la tensió aplicada, i
• jo és el corrent que circula pel circuit elèctric.

La fórmula anterior es pot reordenar per calcular el corrent i la resistència també, de la següent manera:

Segons la llei d'Ohm, el corrent que circula pel conductor és:

I = V/R

De la mateixa manera, la resistència es pot definir com:

R = V / I

Gràfic de la llei d'Ohm

La llei d'Ohm és vàlida quan les condicions físiques com la temperatura i altres són constants. Això es deu al fet que el corrent que circula pel circuit varia en canviar la temperatura. Per tant, en aquests casos quan entren en joc factors físics com la temperatura, la llei d'Ohm viola. Per exemple, en el cas d'una bombeta, on la temperatura augmenta quan augmenta el corrent que la travessa. Aquí, la llei d'Ohm no segueix.

El gràfic d'un circuit òhmic es discuteix a la imatge següent,

Gràfic de la llei d'Ohms

Unitat de la llei d'Ohm

Hi ha tres magnituds físiques associades a la llei d'Ohms que inclouen:

• Actual
• Voltatge
• Resistència

La taula afegida a continuació mostra els diferents símbols i la seva unitat utilitzada.

Equacions de la llei d'Ohm

La llei d'Ohm proporciona tres equacions que són:

• V = I × R
• I = V/R
• R = V / I

On,

• EN és la tensió,
• jo és el corrent, i
• R és la resistència.

Relació entre voltatge, corrent i resistència: llei d'Ohm

La relació entre tensió, corrent i resistència es pot estudiar fàcilment mitjançant la fórmula,

V = IR

On,

• EN és la tensió,
• jo és la resistència, i
• R és la resistència.

Podem estudiar aquesta fórmula amb l'ajuda de la taula que es comenta a continuació,

Triangle de la llei d'Ohm

El triangle de la llei d'Ohm és una representació visual per entendre i aprendre la relació de la llei d'Ohm entre voltatge, corrent i resistència. Aquesta eina ajuda els enginyers a recordar l'ordre de la relació entre els tres aspectes principals: corrent (I), voltatge (V) i resistència (R).

Triangle de la llei d'Ohms

Forma vectorial de la llei d'Ohm

La relació entre corrent i voltatge s'estableix per la llei d'Ohm i la seva forma vectorial és:

On,

• és el vector de densitat de corrent,
• és un vector de camp elèctric, i
• pàg és la conductivitat del material.

Resistivitat

L'obstacle que enfronten els electrons mentre es mouen en qualsevol material s'anomena resistivitat del material.

Sigui R una resistència d'una longitud de 'l' i l'àrea de la secció transversal de 'A' amb una resistència. Aleshores sabem,

La resistència és directament proporcional a la longitud de la resistència, és a dir, R ∝ l, . . .(1)

La resistència és inversament proporcional a l'àrea de la secció transversal de la resistència, és a dir, R ∝ 1/A. . .(2)

combinant l'eq. (1) i eq. (2)

R = ρl / A

On r és la constant de proporcionalitat anomenada coeficient de resistència o resistivitat.

Ara si L = 1m i A = 1 m², en la fórmula anterior obtenim,

R = ρ

Això significa que per a una resistència d'1 m de longitud i àrea de secció transversal d'1 m²la resistència s'anomena resistivitat del material.

Verificació experimental de la llei d'Ohm

La verificació de la llei d'Ohm s'aconsegueix realitzant l'experiment següent.

Aparell necessari

L'aparell necessari per dur a terme l'experiment per a la verificació de la llei d'Ohm és:

preparar-se per a la prova mockito

• Resistència
• Amperímetre
• Voltímetre
• Bateria
• Clau d'endoll
• Reòstat

Esquema de connexions

L'esquema de circuit per a la verificació experimental de la llei d'Ohm es mostra al diagrama següent,

Esquema de circuits de la llei d'Ohms

Procediment

El procediment per a la verificació experimental de la llei d'Ohm s'esmenta a continuació:

• La clau K es tanca inicialment i el reòstat s'ajusta de manera que la lectura de l'amperímetre A i del voltímetre V sigui mínima.
• A continuació, s'incrementa el corrent al circuit ajustant el reòstat i es registra el corrent a diversos valors del reòstat i la seva tensió respectiva.
• Ara per diferents valors de tensió (V) i corrent (I) i després calcular la relació de V/I.
• Després de calcular totes les relacions de V/I per a diferents valors de tensió i corrent, observem que el valor és gairebé constant.
• Ara traçant una gràfica del corrent contra la diferència de potencial obtenim una línia recta. Això demostra que el corrent és directament proporcional a la diferència de potencial i el seu pendent és la resistència del cable.

Diagrama circular de la llei d'Ohm

Per entendre millor la relació entre diversos paràmetres, podem prendre totes les equacions utilitzades per trobar la tensió, el corrent, la resistència i la potència, i condensar-les en un gràfic de sectors senzill de la Llei d'Ohm, tal com es mostra a continuació:

Diagrama de sectors de la llei d'Ohms

Taula de matrius de la llei d'Ohm

Igual que el gràfic circular de la Llei d'Ohm que es mostra a dalt, podem condensar les equacions individuals de la Llei d'Ohm en una taula matricial senzilla, tal com es mostra a continuació per a una fàcil referència quan es calcula un valor desconegut.

Taula de matrius de llei d'Ohms

Aplicacions de la llei d'Ohm

Quan es coneixen els altres dos nombres, la llei d'Ohm es pot utilitzar per determinar la tensió, el corrent, la impedància o la resistència d'un circuit elèctric lineal.

Principals aplicacions de la llei d'Ohm:

• També simplifica els càlculs de potència.
• Per mantenir la caiguda de tensió desitjada entre els components elèctrics, s'utilitza la llei d'Ohm.
• Cal determinar la tensió, la resistència o el corrent d'un circuit elèctric.
• La llei d'Ohm també s'utilitza per redirigir el corrent en amperímetres de CC i altres derivacions de CC.

Com establir una relació corrent-tensió?

La relació V ⁄ I es manté constant per a una resistència determinada mentre s'estableix la connexió corrent-tensió, per tant, un gràfic de la diferència de potencial (V) i el corrent (I) ha de ser una línia recta.

Com podem descobrir els valors de resistència desconeguts?

La relació constant és la que determina els valors de resistència desconeguts. La resistència d'un cable amb una secció transversal uniforme depèn de la longitud (L) i de l'àrea de la secció transversal (A). També depèn de la temperatura del conductor.

La resistència, a una temperatura determinada,

R = ρ L ⁄ A

on,
r és la resistència específica o resistivitat i és la característica del material del cable.

La resistència o resistivitat específica del material del cable és,

ρ = R A ⁄ L

Càlcul de potència elèctrica mitjançant la llei d'Ohm

Definim l'energia elèctrica com la potència requerida per les càrregues elèctriques per fer diferents treballs. La taxa de consum d'energia elèctrica s'anomena energia elèctrica. La unitat de mesura de la potència elèctrica és el watt. Utilitzant la llei d'Ohm podem trobar fàcilment la potència del circuit elèctric. La fórmula per calcular la potència elèctrica és:

P = VI

On,

P és la potència del circuit, V és la tensió a través del circuit i I és el corrent que passa pel circuit.

Sabem que, utilitzant la llei d'Ohm,

V = IR

Utilitzant la fórmula de potència que obtenim,

P = V²/R

P = I²R

Limitacions de la llei d'Ohms

Diverses limitacions de la llei d'Ohms són:

• La llei d'Ohm no s'aplica a les xarxes unilaterals. El corrent només pot fluir en una direcció en xarxes unilaterals. En aquest tipus de xarxes s'utilitzen díodes, transistors i altres components electrònics.
• Els components no lineals també estan exempts de la llei d'Ohm. Els components no lineals tenen un corrent que no és proporcional a la tensió aplicada, la qual cosa implica que el valor de la resistència d'aquests elements varia en funció de la tensió i el corrent. El tiristor és un exemple d'element no lineal.

Analogies de la llei d'Ohm

Hi ha diverses analogies donades en el passat per explicar la llei d'Ohm, algunes de les analogies més comunes són:

• Analogia de canonades d'aigua
• Analogia de la temperatura

Parlem d'aquestes analogies en detall.

Analogia de canonades d'aigua per a la llei d'Ohm

Sabem que el corrent que passa per qualsevol circuit depèn de la tensió aplicada i de la resistència del circuit. Però podem veure el corrent que flueix pel circuit, per entendre-ho millor utilitzem l'analogia de la canonada d'aigua en la qual l'aigua que flueix representa el corrent i podem entendre la llei d'Ohm utilitzant aquest concepte.

L'aigua que flueix per les canonades és similar al corrent que circula pel circuit elèctric. Sabem que en un circuit elèctric, es requereix tensió per moure el corrent al circuit de la mateixa manera que la pressió al sistema de canonades d'aigua permet que l'aigua flueixi fàcilment al sistema.

Si augmenta la pressió, més aigua flueix per la canonada que s'assembla a la llei d'Ohm que diu que si augmenta la tensió, més corrent flueix pel circuit elèctric.

ascii d'a en java

Analogia de la temperatura

De la mateixa manera, un circuit de temperatura també es pot comparar amb un conductor òhmic. Aquí, el gradient de temperatura funciona de manera similar al voltatge i el flux de calor funciona de manera similar al corrent.

Llegeix més,

• Resistència
• Factors que afecten la resistència
• Autoinductància

Exemples resolts de la llei d'Ohm

Exemple 1: Trobeu la resistència d'un circuit elèctric amb una tensió d'alimentació de 15 V i un corrent de 3 mA.

Solució:

Donat:

V = 15 V,

I = 3 mA = 0,003 A

La resistència d'un circuit elèctric ve donada com:

⇒ R = V / I

⇒ R = 15 V / 0,003 A
⇒ R = 5000 Ω
⇒ R = 5 kΩ

Per tant, la resistència d'un circuit elèctric és 5 kΩ .

Exemple 2: Si la resistència d'una planxa elèctrica és de 10 Ω i per la resistència circula un corrent de 6 A. Trobeu la tensió entre dos punts.

Solució:

Donat:

I = 6 A, R = 10 Ω

La fórmula per calcular la tensió és la següent:

V = I × R

⇒ V = 6 A × 10 Ω
⇒ V = 60 V

Per tant, la tensió entre dos punts és 60 V .

Exemple 3: Trobeu el corrent que passa pel conductor que treu 20 volts quan la potència que consumeix és de 60 watts.

Solució:

Segons P = VI d'Ohm

Donat P = 60 watts, V = 20 volts

⇒ I = P/V
⇒ I = 60/20
⇒ I = 3 A

Per tant, el corrent que circula pel conductor és 3 A

Exemple 4: una bateria de 6 V està connectada a la bombeta de resistència de 4 Ω. Troba el corrent que passa per la bombeta i la potència del circuit.

Solució:

Donat,
V=6V
R = 4 Ω

Ho sabem,

V = IR (llei d'ohms)

⇒ 6 = 4R

⇒ I = 6 ÷ 4 = 1,5 A

⇒ I = 1,5 A

Així, el corrent que circula per la bombeta és d'1,5 A

Per a la potència del circuit

P = VI

⇒ P = (6)(1,5)

⇒ P = 9 watts

Així, la potència del circuit és de 9 watts.

Preguntes freqüents sobre la llei d'Ohm

P1: Què és la llei d'Ohm?

Resposta:

Segons la llei d'Ohm, el corrent que passa pel conductor és directament proporcional a la diferència de potencial a l'extrem del conductor, si la temperatura i les altres condicions físiques no canvien.

P2: Qui va descobrir la llei d'Ohm?

Resposta:

El físic alemany Georg Simon Ohm va ser el primer a explicar la llei d'Ohm. Va afirmar que el corrent que passa pel conductor és directament proporcional a la tensió aplicada.

P3: És universalment aplicable la llei d'Ohm?

Resposta:

La llei de No Ohm no és una llei universal, ja que no és aplicable a tots els circuits elèctrics.

• Els circuits que obeeixen la llei d'Ohm s'anomenen circuit ohmic
• Els circuits que no obeeixen la llei d'Ohm s'anomenen circuits no ohmics

P4: Quan es va descobrir la llei d'Ohm?

Resposta:

La llei d'Ohm va ser enunciada per primera vegada per Georg Simon Ohm al seu llibre The Galvanic Chain, Mathematically Edited l'any 1827.

P5: Quina és la unitat de resistència?

Resposta:

La unitat de resistència SI és Ohm. Es denota amb Ω.

tall de java

P6: Quina és la fórmula dimensional de la resistència?

Resposta:

La fórmula dimensional de la resistència és [M¹L²T^-3jo^-2]

P7: Per què la llei d'Ohm no s'aplica als semiconductors?

Resposta:

Els dispositius semiconductors són de naturalesa no lineal a causa de la qual no s'aplica la llei d'Ohm. Això indica que la relació tensió-corrent no es manté constant quan la tensió varia.

P8: Quan falla la llei d'Ohm?

Resposta:

El comportament dels semiconductors i dispositius unilaterals com els díodes defineix la llei d'Ohm. Si els factors físics com la temperatura i la pressió no es mantenen constants, és possible que la llei d'Ohm no proporcioni els efectes desitjats.