OHM KANUNU: BIRIMLER VE FORMÜL, HESAPLAMA, ÖRNEKLER, ALIŞTIRMALAR - FIZIKSEL - 2025

Ohm 'in yasası makroskopik biçimde, bir devrede akım voltajı ve şiddeti orantılılık sabiti olan oransal direnci doğrudan olduğunu gösterir. Bu üç miktarı sırasıyla V, I ve R olarak ifade eden Ohm yasası şunu belirtir: V = IR

Benzer şekilde, Ohm yasası, alternatif akım devrelerinde tamamen dirençli olmayan devre elemanlarını içerecek şekilde genelleştirilir, bu şekilde aşağıdaki şekli alır: V = IZ

Şekil 1. Ohm kanunu birçok devreye uygulanabilir. Kaynak: Wikimedia Commons. Tlapicka

Z, aynı zamanda alternatif akımın bir devre elemanı, örneğin bir kapasitör veya bir endüktans tarafından geçişine karşı olan karşıtlığı temsil eden empedanstır.

Tüm devre malzemelerinin ve elemanlarının Ohm yasasına uygun olmadığı unutulmamalıdır. Geçerli olanlara omik elemanlar denir ve bunların yerine getirilmediği durumlar, omik olmayan veya doğrusal olmayan olarak adlandırılır.

Yaygın elektrik dirençleri omik tiptedir, ancak diyotlar ve transistörler değildir, çünkü voltaj ve akım arasındaki ilişki içlerinde doğrusal değildir.

Ohm Yasası, adını, kariyeri boyunca elektrik devrelerinin davranışlarını incelemeye adayan Bavyera doğumlu Alman fizikçi ve matematikçi George Simon Ohm'a (1789-1854) borçludur. SI Uluslararası Sistemindeki elektriksel direnç birimi, onun şerefine adlandırılmıştır: Yunanca Ω harfi ile de ifade edilen ohm.

Nasıl hesaplanır?

Ohm yasasının makroskopik biçimi en iyi bilinen olmasına rağmen, laboratuarda kolayca ölçülebilen miktarları birbirine bağladığından, mikroskobik biçim iki önemli vektör miktarını ilişkilendirir: elektrik alanı E ve akım yoğunluğu J :

Σ malzemenin elektriksel iletkenliği olduğunda, akımı iletmenin ne kadar kolay olduğunu gösteren bir özelliktir. J kendi payına, büyüklüğü akım I'in yoğunluğu ile içinden dolaştığı kesit alanı A arasındaki bölüm olan bir vektördür.

Bir malzemenin içindeki elektrik alanı ile içinde dolaşan elektrik akımı arasında doğal bir bağlantı olduğunu varsaymak mantıklıdır, öyle ki akım ne kadar büyükse, o kadar fazla akım.

Ancak uzayda bir yönü olmadığı için akım bir vektör değildir. Öte yandan, J vektörü , iletkenin enine kesit alanına dik veya normaldir ve yönü akımın yönüdür.

Ohm yasasının bu formundan, ℓ uzunluğunda bir iletken ve A kesitinde bir iletken varsayarak ve J ve E'nin büyüklüklerini şu şekilde değiştirerek ilk denkleme ulaşıyoruz :

İletkenliğin tersine direnç denir ve Yunanca ρ harfi ile gösterilir:

Böylece:

Bir iletkenin direnci

V = (ρℓ / A) .I denkleminde, (ρℓ / A) sabiti dirençtir, bu nedenle:

İletkenin direnci üç faktöre bağlıdır:

- Üretildiği malzemenin tipik özdirenci ρ.

-Uzunluk ℓ.

- Kesitinin A alanı.

ℓ ne kadar yüksekse direnç o kadar büyük olur, çünkü akım taşıyıcıları iletken içindeki diğer parçacıklarla çarpışmak ve enerji kaybetmek için daha fazla fırsata sahiptir. Ve tersine, A ne kadar yüksekse, mevcut taşıyıcıların malzeme içinde düzenli bir şekilde hareket etmesi o kadar kolay olur.

Son olarak, her bir malzemenin moleküler yapısında, bir maddenin elektrik akımının geçmesine izin verme kolaylığı yatmaktadır. Bu nedenle, örneğin, düşük dirençli bakır, altın, gümüş ve platin gibi metaller iyi iletkenlerdir, oysa ahşap, kauçuk ve yağ değildir, bu nedenle daha yüksek dirençlere sahiptirler.

Örnekler

İşte Ohm yasasının iki açıklayıcı örneği.

Ohm yasasını kontrol etmek için deney yapın

Basit bir deneyim Ohm yasasını göstermektedir, bunun için bir parça iletken malzemeye, değişken bir voltaj kaynağına ve bir multimetreye ihtiyacınız vardır.

İletken malzemenin uçları arasında, azar azar değiştirilmesi gereken bir V voltajı oluşturulur. Değişken güç kaynağı ile, söz konusu gerilimin multimetre ile ölçülen değerleri ve iletkenden geçen akım I ayarlanabilir.

V ve I değer çiftleri bir tabloya kaydedilir ve bunlarla birlikte grafik kağıdında bir grafik oluşturulur. Ortaya çıkan eğri düz bir çizgiyse, malzeme omiktir, ancak başka bir eğri ise malzeme omik değildir.

İlk durumda, iletkenin direncine R veya tersi iletkenliğe eşdeğer olan hattın eğimi belirlenebilir.

Aşağıdaki resimde, mavi çizgi bir omik malzeme için bu grafiklerden birini temsil etmektedir. Bu arada, sarı ve kırmızı eğriler, örneğin yarı iletken gibi omik olmayan malzemelerden yapılmıştır.

Şekil 2. Grafik I vs. Ohmik malzemeler (mavi çizgi) ve omik olmayan malzemeler için V. Kaynak: Wikimedia Commons.

Ohm yasasının hidrolik benzetmesi

Ohm yasasındaki elektrik akımının, bir borudan geçen suya benzer bir davranışa sahip olduğunu bilmek ilginçtir. İngiliz fizikçi Oliver Lodge, hidrolik unsurları kullanarak akımın davranışının simülasyonunu öneren ilk kişiydi.

Örneğin, borular iletkenleri temsil eder, çünkü su içlerinde dolaşır ve akım taşıyıcıları ikincisinden geçer. Boruda bir daralma olduğunda, suyun geçişi zordur, bu nedenle bu, bir elektrik direncine eşdeğer olacaktır.

Tüpün iki ucundaki basınç farkı, suyun akmasına izin verir, bu da yükseklik veya su pompasında bir fark sağlar ve benzer şekilde, potansiyeldeki (pil) fark, şarjı hareket ettiren şeydir. , zaman birimi başına su akışına veya hacmine eşdeğerdir.

Bir pistonlu pompa, alternatif bir voltaj kaynağı rolünü oynayacaktır, ancak bir su pompası yerleştirmenin avantajı, tıpkı akımın akması için bir elektrik devresinin olması gerektiği gibi, hidrolik devrenin de bu şekilde kapatılabilmesidir.

Şekil 3. Ohm kanunu için hidrolik benzetme: a) bir su akış sistemi ve b) basit bir direnç devresi. Kaynak: Tippens, P. 2011. Fizik: Kavramlar ve Uygulamalar. 7. Baskı. McGraw Hill.

Dirençler ve anahtarlar

Bir devredeki bir anahtarın eşdeğeri, bir stopcock olacaktır. Şu şekilde yorumlanır: Devre açıksa (musluk kapalıysa), akım su gibi akamaz.

Öte yandan, anahtar kapalıyken (musluk tamamen açıkken) hem akım hem de su iletken veya borudan sorunsuz bir şekilde akabilir.

Stopcock veya vana aynı zamanda bir direnci de temsil edebilir: musluk tamamen açıldığında, sıfır direnç veya kısa devreye sahip olmaya eşdeğerdir. Tamamen kapanırsa, devrenin kısmen kapalıyken açık olması gibi, belli bir değerde bir dirence sahip olmak gibidir (bkz. Şekil 3).

Egzersizler

- 1. Egzersiz

Elektrikli bir ütünün düzgün çalışması için 120V'de 2A gerektirdiği bilinmektedir. Direnci nedir?

Çözüm

Ohm yasasının direncini çözün:

- Egzersiz 2

3 mm çapında ve 150 m uzunluğunda bir tel, 20 ° C'de 3,00 Ω elektrik direncine sahiptir. Malzemenin direncini bulun.

Çözüm

R = ρℓ / A denklemi uygundur, bu nedenle önce kesit alanı bulunmalıdır:

Son olarak, değiştirirken şunu elde edersiniz:

Referanslar

1. Resnick, R. 1992. Physics. İspanyolca üçüncü genişletilmiş baskı. Cilt 2. Compañía Editorial Continental SA de CV
2. Sears, Zemansky. 2016. Modern Fizikle Üniversite Fiziği. 14 ^inci . Ed. Cilt 2. 817-820.
3. Serway, R., Jewett, J. 2009. Modern Fizik ile Bilim ve Mühendislik için Fizik. 7. Baskı. Cilt 2. Kafes Öğrenimi. 752-775.
4. Tippens, P. 2011. Fizik: Kavramlar ve Uygulamalar. 7. Baskı. McGraw Hill.
5. Sevilla Üniversitesi. Uygulamalı Fizik Bölümü III. Akımın yoğunluğu ve yoğunluğu. Kurtaran: us.es.
6. Walker, J. 2008. Physics. 4. Baskı Pearson. 725-728