Hukum dan formula ohm, perhitungan, contoh, latihan

Itu Hukum Ohm, Dalam bentuk makroskopisnya, ini menunjukkan bahwa tegangan dan intensitas arus dalam suatu sirkuit secara langsung proporsional, resistansi menjadi konstanta proporsionalitas. Menyamakan ketiga besaran ini seperti V, I dan R masing -masing, Hukum Ohm menetapkan bahwa: V = i.R.

Demikian juga, hukum OHM digeneralisasi untuk memasukkan elemen sirkuit yang tidak murni resistif dalam sirkuit arus bolak -balik, sehingga diadopsi sebagai berikut: V = i. Z.

Gambar 1. Hukum Ohm berlaku untuk banyak sirkuit. Sumber: Wikimedia Commons. Tlapicka [cc by-sa 3.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0)]

Di mana Z Itu adalah impedansi, yang juga mewakili oposisi terhadap bagian dari arus bolak -balik dengan elemen sirkuit, misalnya kondensor atau induktansi.

Perlu dicatat bahwa tidak semua bahan dan elemen sirkuit mematuhi hukum Ohm. Kepada mereka yang valid disebut elemen ohmic, Dan di mana itu tidak terpenuhi, mereka dipanggil No-ohmic atau non -linear.

Resistensi listrik umum adalah ohmic, tetapi dioda dan transistor tidak, karena hubungan antara tegangan dan arus tidak linier di dalamnya.

Hukum Ohm berutang namanya kepada fisikawan dan matematika Jerman. Untuk menghormatinya, unit untuk ketahanan listrik dalam sistem internasional telah ditunjuk: ohm, yang juga diungkapkan oleh surat Yunani Ω.

[TOC]

Bagaimana itu dihitung?

Meskipun bentuk makroskopis dari hukum OHM adalah yang paling terkenal, karena menghubungkan jumlah yang mudah diukur di laboratorium, Bentuk mikroskopis menghubungkan dua jumlah vektor penting: medan listrik DAN dan kepadatan saat ini J:

J = σ.DAN

Di mana σ adalah konduktivitas listrik material, properti yang menunjukkan kemudahan itu harus mendorong arus. Untuk bagian ini J Ini adalah vektor yang besarnya merupakan hasil bagi antara intensitas saat ini I dan luas penampang yang bersirkulasi.

Itu dapat melayani Anda: Gelombang dangkal: Karakteristik, jenis dan contoh

Adalah logis untuk mengasumsikan bahwa ada hubungan alami antara medan listrik di dalam bahan dan arus listrik yang bersirkulasi melaluinya, seperti yang terbesar lebih umum.

Tetapi arus bukanlah vektor, karena tidak memiliki alamat di luar angkasa. Sebaliknya vektor J Itu tegak lurus - atau normal - ke area silang -ecectional pengemudi dan artinya adalah arus arus.

Dari bentuk hukum Ohm ini, persamaan pertama tercapai, dengan asumsi driver panjang dan penampang A, dan mengganti besaran J Dan DAN oleh:

J = i/a

E = V/ℓ

J = σ.E → I/A = σ. (V/ℓ)

V = (ℓ/σ.KE).yo

Kebalikan dari konduktivitas disebut resistivitas Dan itu dilambangkan dengan surat Yunani ρ:

1/ σ = ρ

Karena itu:

V = (ρℓ/ a).I = r.yo

Resistensi pengemudi

Dalam persamaan V = (ρℓ/ a).yo, Konstan (ρℓ/ a) Karena itu, itu adalah perlawanan:

R = ρℓ/ a

Resistensi pengemudi tergantung pada tiga faktor:

-Resistivitasnya ρ, khas materi yang dengannya dia diproduksi.

-Panjang ℓ.

-Area A dari penampangnya.

ℓ yang lebih besar, resistensi yang lebih besar, karena pembawa saat ini memiliki lebih banyak peluang untuk bertabrakan dengan partikel lain di dalam pengemudi dan kehilangan energi. Dan sebaliknya, ke A yang lebih besar, lebih mudah bagi operator saat ini untuk bergerak secara tertib oleh material.

Akhirnya, dalam struktur molekul masing -masing bahan terletak kemudahan suatu zat yang memungkinkan lintasan arus listrik. Jadi, misalnya, logam seperti tembaga, emas, perak dan platinum, dengan resistivitas rendah, adalah konduktor yang baik, sedangkan kayu, karet dan minyak tidak, sehingga mereka memiliki resistivitas yang lebih besar.

Contoh

Berikut adalah dua contoh ilustrasi hukum Ohm.

Bereksperimen untuk memeriksa hukum ohm

Pengalaman sederhana menggambarkan hukum Ohm, untuk ini bagian dari bahan konduktif, sumber tegangan variabel dan multimeter diperlukan.

Dapat melayani Anda: Meter Tekanan

Di antara ujung bahan konduktif, tegangan V ditetapkan yang harus bervariasi secara bertahap. Dengan sumber daya variabel, nilai -nilai tegangan tersebut dapat diperbaiki, yang diukur dengan multimeter, serta arus saya yang beredar oleh pengemudi.

Pasangan Nilai V dan I direkam dalam tabel dan dengan mereka grafik di atas kertas milimeter dibangun. Jika kurva yang dihasilkan adalah garis, bahannya ohmic, tetapi jika itu adalah kurva lain, bahannya non -ohmik.

Dalam kasus pertama, kemiringan garis dapat ditentukan, yang setara dengan resistansi pengemudi atau dengan kebalikannya, konduktansi.

Pada gambar berikut, garis biru mewakili salah satu grafik ini untuk materi ohmic. Sementara itu, kurva kuning dan merah adalah bahan non-oshmic, seperti semikonduktor, misalnya.

Gambar 2. Grafik I Vs. V untuk bahan ohmik (lurus biru) dan bahan non-osohmik. Sumber: Wikimedia Commons.

Analogi hidrolik hukum Ohm

Sangat menarik untuk mengetahui bahwa arus listrik dalam hukum Ohm memiliki perilaku yang sama dengan cara tertentu yang beredar melalui pipa melalui pipa. Fisikawan Inggris Oliver Lodge adalah orang pertama yang mengusulkan simulasi perilaku saat ini melalui elemen hidrolik.

Misalnya, pipa mewakili konduktor, karena air bersirkulasi melalui mereka dan pembawa saat ini melalui yang terakhir. Ketika ada penyempitan dalam pipa, saluran air sulit, jadi ini akan setara dengan ketahanan listrik.

Perbedaan tekanan pada dua ujung tabung memungkinkan air mengalir, yang memberikan perbedaan ketinggian atau pompa air, dan secara analog, perbedaan potensial (baterai) adalah yang menjaga beban bergerak, setara dengan aliran atau volume air per unit waktu.

Ini dapat melayani Anda: Perpindahan Panas Konveksi (dengan contoh)

Pompa piston akan mewakili peran sumber tegangan alternatif, tetapi keuntungan menempatkan pompa air adalah bahwa sirkuit hidrolik akan ditutup, karena sirkuit listrik harus mengalir arus.

Gambar 3. Analogi hidrolik untuk hukum ohm: dalam a) sistem aliran air dan dalam b) sirkuit resistif sederhana. Sumber: Tippens, P. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke -7. Bukit McGraw.

Resistensi dan sakelar

Setara dengan sakelar di sirkuit akan menjadi kunci bagian. Ini ditafsirkan dengan cara ini: jika sirkuit terbuka (lorong tertutup), arus, serta air, tidak dapat mengalir.

Di sisi lain, dengan sakelar tertutup (kunci langkah terbuka sepenuhnya) baik arus dan air dapat bersirkulasi tanpa masalah oleh pengemudi atau pipa.

Kunci atau katup bagian juga dapat mewakili resistensi: ketika kunci terbuka sepenuhnya, itu setara dengan memiliki resistansi nol atau sirkuit pendek. Jika ditutup sama sekali, itu seperti memiliki sirkuit terbuka, sementara sebagian tertutup, itu seperti memiliki resistensi dari nilai tertentu (lihat Gambar 3).

Latihan

- Latihan 1

Diketahui bahwa pelat listrik membutuhkan 2 A pada 120 V untuk bekerja dengan benar. Apa Perlawanan Anda?

Larutan

Perlawanan dibersihkan dari hukum Ohm:

R = V/ I = 120 V/ 2 A = 60 Ω

- Latihan 2

Kawat berdiameter 3 mm dan panjang 150 m memiliki 3 3.00 Ω pada 20 ° C. Temukan resistivitas material.

Larutan

Persamaannya R = ρℓ/ a sesuai, Oleh karena itu perlu untuk menemukan terlebih dahulu area penampang:

A = π(D/2)² = π (3 x 10^-3 m/2)² = 4.5π x 10 ^-6 M²

Akhirnya saat mengganti Anda mendapatkan:

ρ = a.R /ℓ = 4.5π x 10 ^-6 M² x 3 Ω / 150 m = 2.83 x 10 ^-7 Ω.M

Referensi

1. Resnick, r. 1992.Fisik. Edisi ketiga diperpanjang dalam bahasa Spanyol. Volume 2. Perusahaan Editorial Kontinental S.KE. dari c.V.
2. Sears, Zemansky. 2016. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. 14^th. Ed. Volume 2. 817-820.
3. Serway, r., Jewett, J. 2009. Fisika untuk Sains dan Teknik dengan Fisika Modern. Edisi ke -7. Volume 2. Pembelajaran Cengage. 752-775.
4. Tippens, hlm. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke -7. Bukit McGraw.
5. Universitas Sevilla. Departemen Fisika Terapan III. Kepadatan dan intensitas saat ini. Pulih dari: AS.adalah.
6. Walker, J. 2008. Fisika. Edisi ke -4. Pearson.725-728