Νόμος του Ωμ

Ο Νόμος του Ωμ (στα Αγγλικά Ohm's Law) συνδέει την Τάση, την Ένταση και την Αντίσταση. Υπάρχουν δύο νόμοι του Ωμ, ο νόμος του Ωμ ανοιχτού κυκλώματος που αναφέρεται σε αντιστάτη και ο νόμος του Ωμ κλειστού κυκλώματος.

Η πηγή της τάσης, V, οδηγεί το ηλεκτρικό ρεύμα, I, μέσω του αντιστάτη, R. Οι τρεις ποσότητες υπακούουν στον νόμο του Ohm: V = IR.

Ανοιχτό κύκλωμα

Έστω ένας αντιστάτης αντίστασης R, στον οποίον εφαρμόζεται διαφορά δυναμικού V και ο οποίος διαρρέεται από ρεύμα Ι. Η ένταση του ρεύματος Ι είναι ανάλογη της διαφοράς δυναμικού με συντελεστή αναλογίας 1/R. Στη μαθηματική γλώσσα αυτή η σχέση γράφεται:

• $I={\frac {V}{R}}$, όπου R είναι σταθερό

Άλλες μορφές της έκφρασης είναι $V=IR$, R=σταθερό

Ο νόμος αυτός μπορεί να εφαρμοστεί και σε ανοιχτό κύκλωμα με περισσότερους αντιστάτες. Ουσιαστικά θεωρούμε ένα ισοδύναμο με το αρχικό κύκλωμα αντιστάτη με αντίσταση τέτοια, ώστε να έχει την ίδια συμπεριφορά με το αρχικό κύκλωμα.

Το Τρίγωνο VIR

Το Τρίγωνο VIR

Το τρίγωνο VIR είναι ένας εκπαιδευτικός μνημονικός κανόνας, (τρίγωνο που χωρίζεται από μία νοητή οριζόντια ευθεία), για την απομνημόνευση των τριών ε $V=IxR$

• Για να υπολογίσετε το ρεύμα (Ι) βάλτε το δάκτυλό σας πάνω στο Ι, αυτό που απομένει είναι το V και από κάτω το R,

οπότε η εξίσωση είναι $I=V/R$

• Για να υπολογίσετε την αντίσταση (R) βάλτε το δάκτυλό σας πάνω στο R, αυτό που απομένει είναι το V και από κάτω το I,

οπότε η εξίσωση είναι $R=V/I$, ο οποίος είναι ο ορισμός της αντίστασης.

Παραδείγματα Εφαρμογής του Νόμου

• Εφαρμόζουμε μία τάση 2V στα άκρα μιας αντίστασης 4Ω. Πόσο είναι το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση;

Εξίσωση: $I=V/R=>I=2/4=>I=0.5A$

• Μία λάμπα που είναι συνδεδεμένη σε μία μπαταρία με τάση 6V, διαρρέεται από ρεύμα 60mA. Πόσο είναι η αντίσταση της λάμπας;

Εξίσωση: $R=V/I=>$ $R=6/0.06=>$ $R=100$Ω Σημείωση:Μετατρέψαμε τα 60 MilliAmpere σε Ampere (60mA=0.06A) για να μπορέσουμε να βρούμε την αντίσταση σε (Ω).

• Μία αντίσταση 1.2ΚΩ διαρρέεται από ρεύμα 0.2Α. Ποια είναι η τάση στα άκρα της;

Εξίσωση: $V=IxR=>V=0.2*1200=240V$ Σημείωση:Μετατρέψαμε τα 1.2ΚΩ σε Οhm (1.2KΩ=1200Ω) για να μπορέσουμε να βρούμε την τάση σε (V).

Κλειστό κύκλωμα

Σε αυτήν την περίπτωση θεωρούμε όλα τα εξαρτήματα του κυκλώματος μαζί με την πηγή. Έστω η συνολική αντίσταση όλων των εξαρτημάτων (εξαιρουμένης της πηγής) R, η εσωτερική αντίσταση της πηγής r, η ηλεκτρεργετική δύναμη της πηγής Ε και Ι η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα. Τότε ισχύει:

$I={\frac {E}{R+r}}$

Ερμηνεία των νόμων

Ο νόμος του Ωμ

Η τάση (V) είναι η ηλεκτρική δύναμη που κινεί τα ηλεκτρόνια (που είναι τα αρνητικά φορτία) μέσω των καλωδίων και των ηλεκτρικών συσκευών. Το ρεύμα (I) είναι το ποσοστό ροής ηλεκτρονίων και η αντίσταση (R) είναι η ιδιότητα ενός αντιστάτη (ή άλλης συσκευής που υπακούει το νόμο του Ωμ) που περιορίζει το ρεύμα σε ένα ποσό ανάλογο προς την εφαρμοσμένη τάση.

Έτσι, για μια δεδομένη αντίσταση R (Ωμ) και μια δεδομένη τάση V (βολτ) που καθιερώνεται πέρα από την αντίσταση, ο νόμος του Ωμ παρέχει την εξίσωση για τον υπολογισμό του ρεύματος που πρέπει να περάσει από τον αντιστάτη (ή τη συσκευή).

Περιγραφή της χρήσης του νόμου του Ωμ σε ηλεκτρικά κυκλώματα

Τα ηλεκτρικά κυκλώματα αποτελούνται από τις ηλεκτρικές συσκευές που συνδέονται με τα καλώδια (ή άλλους κατάλληλους αγωγούς). Το παραπάνω διάγραμμα παρουσιάζει ένα από τα απλούστερα ηλεκτρικά κυκλώματα που μπορούν να κατασκευαστούν. Μια ηλεκτρική συσκευή παρουσιάζεται ως κύκλος με τα σύμβολο (+) και (-) τα τερματικά, τα οποία αντιπροσωπεύουν μια πηγή τάσης, όπως μια μπαταρία. Η άλλη συσκευή εμφανίζεται σαν ένα σύμβολο ζιγκζακ (Αγγλ. zigzag) με το γράμμα (R). Αυτό το σύμβολο αντιπροσωπεύει έναν αντιστάτη, και το (R) υποδεικνύει την αντίστασή του.

Το θετικό τερματικό της πηγής τάσης (+), συνδέεται με ένα από τα τερματικά του αντιστάτη χρησιμοποιώντας ένα καλώδιο αμελητέας αντίστασης και μέσω αυτού του καλωδίου ηλεκτρικό ρεύμα (Ι) υποδεικνύεται σε μια διευκρινισμένη κατεύθυνση όπου εμφανίζεται με ένα βέλος. Το άλλο τερματικό του αντιστάτη ή το αρνητικό τερματικό της πηγής τάσης (-), συνδέεται με ένα δεύτερο καλώδιο και στην συνέχεια με την άλλη άκρη του αντιστάστη.

Με αυτό τον τρόπο διαμορφώνουμε ένα πλήρες κύκλωμα επειδή όλο το ρεύμα που αφήνει το θετικό τερματικό της πηγής τάσης (+) πρέπει να επιστρέψει στο άλλο τερματικό της πηγής τάσης (-).

Οι ηλεκτρικοί αντιστάτες είναι αγωγοί που επιβραδύνουν τη μετάβαση της ηλεκτρικής ενέργειας. Ένας αντιστάτης με μια υψηλή τιμή αντίστασης, για παράδειγμα μεγαλύτερη από 10 μέγα ωμ (ΜΩ), είναι ένας φτωχός αγωγός, ενώ ένας αντιστάτης με μια χαμηλή τιμή, για παράδειγμα λιγότερο από 0,1 ωμ, είναι ένας καλός αγωγός. (Οι μονωτές είναι ηλεκτρικές συσκευές που για τους περισσότερους πρακτικούς λόγους δεν επιτρέπουν στο ρεύμα να διαρρέει το κύκλωμα όταν εφαρμόζεται η τάση.) Σε ένα διάγραμμα κυκλωμάτων όπως το παραπάνω, τα διάφορα στοιχεία μπορούν να ενωθούν από τους συνδετήρες, τις επαφές, τις συγκολλήσεις ή τις ενώσεις ύλης συγκολλήσεως των διάφορων ειδών, αλλά για την απλότητα αυτές οι συνδέσεις συνήθως δεν παρουσιάζονται.

Βιβλιογραφία

• Παιδαγωγικού Ινστιτούτου (Ελλάδας) Φυσική Γενικής Παιδείας Β΄Τάξης Γενικού Λυκείου, εκδόση Η΄ ΟΕΔΒ Αθήνα,ISBN 978-960-06-1390-7

Δείτε επίσης

• Ωμ (μονάδα μέτρησης)
• Γκέοργκ Ωμ