Ohms lag för hela kretsen och för kretsdel: varianter av formel, beskrivning och förklaring

En professionell elektriker eller elektronikspecialist kan inte undgå Ohms lag i sitt arbete, när de löser uppgifter relaterade till justering, inställning och reparation av elektroniska och elektriska kretsar.

Egentligen är förståelse av denna lag nödvändig för alla. Eftersom alla i vardagen måste hantera elektricitet.

Och även om den tyske fysikern Ohms lag ingår i gymnasiets läroplan, så studeras den inte alltid i tid i praktiken. Därför ska vi i vårt material titta på detta för livet relevanta ämne och reda ut varianterna av formelns skrivning.

Separat kretsdel och hela elektriska kretsen

När man betraktar den elektriska kretsen ur synvinkeln av tillämpning av Ohms lag på kretsen, bör man notera två möjliga beräkningssätt: för en separat kretsdel och för en fullständig krets.

Beräkning av ström för en del av en elektrisk krets

Med en del av en elektrisk krets avses i allmänhet den del som exkluderar EMF-källan, eftersom den har ett extra inre motstånd.

Därför ser beräkningsformeln i detta fall helt enkelt ut så här:

I = U/ R,

Där, respektive:

• I – strömstyrkan;
• U – den pålagda spänningen;
• R – resistansen.

Tolkningen av formeln är enkel – strömmen som flyter genom en viss kretsdel är proportionell mot den pålagda spänningen och omvänt proportionell mot resistansen.

Den så kallade grafiska 'tusenskönan', genom vilken hela uppsättningen av varianter av formuleringar baserade på Ohms lag presenteras. Ett bekvämt verktyg för fickan: sektor “P” – effektformler; sektor “U” – spänningsformler; sektor “I” – strömformler; sektor “R” – resistansformler

På så sätt beskriver formeln tydligt beroendet av strömflödet genom en enskild del av den elektriska kretsen i förhållande till specifika värden på spänning och resistans.

Formeln är praktisk att använda, till exempel för att beräkna parametrar för ett motstånd som ska lödas in i en krets, om spänning och ström är givna.

Ohms lag och två följder som varje professionell elektromekaniker, elektroingenjör, elektronikingenjör och alla som arbetar med elektriska kretsar måste behärska. Från vänster till höger: 1 – definition av ström; 2 – definition av resistans; 3 – definition av spänning, där I – strömstyrka, U – spänning, R – resistans

Ovanstående bild hjälper till att bestämma till exempel strömmen som flyter genom ett 10-ohms motstånd som är anslutet till 12 volt. Genom att sätta in värdena får vi – I = 12 / 10 = 1,2 ampere.

På samma sätt löses problem med att hitta resistans (när ström och spänning är kända) eller spänning (när spänning och ström är kända).

Därmed kan man alltid välja lämplig arbetsspänning, önskad strömstyrka och ett optimalt resistivt element.

Formeln som föreslås användas kräver inte att man tar hänsyn till spänningskällans parametrar. Däremot kommer en krets som innehåller till exempel ett batteri att beräknas med en annan formel. I schemat: A – anslutning av amperemeter; V – anslutning av voltmeter.

Förresten, anslutningsledningarna i varje krets är resistanser. Belastningens storlek som de måste bära bestäms av spänningen.

Följaktligen, återigen med hjälp av Ohms lag, blir det möjligt att noggrant välja den nödvändiga ledararean, beroende på ledarmaterialet.

På vår webbplats finns en detaljerad instruktion för beräkning av kabelarea baserat på effekt och ström.

Beräkningsvariant för hela kretsen

En fullständig krets består av en eller flera delar samt en EMF-källa. Det vill säga, i praktiken läggs det inre motståndet från EMF-källan till den befintliga resistiva komponenten i kretsdelen.

Därför är en viss ändring av ovanstående formel logisk:

I = U / (R + r)

Naturligtvis kan värdet av det inre motståndet i EMF i Ohms lag för en fullständig elektrisk krets anses vara försumbart, men detta motståndsvärde beror till stor del på EMF-källans struktur.

Icke desto mindre, vid beräkning av komplexa elektroniska kretsar, elektriska kretsar med många ledare, är närvaron av extra resistans en viktig faktor.

För beräkningar i en fullständig elektrisk krets tas alltid hänsyn till resistansvärdet från EMF-källan. Detta värde summeras med resistansen i den elektriska kretsen. I schemat: I – strömflöde; R – extern resistans; r – EMF-resistans (energikälla)

För både en del av kretsen och hela kretsen måste man beakta den naturliga aspekten – användning av likström eller växelström.

Om de ovan nämnda aspekterna som är karakteristiska för Ohms lag betraktades ur likströms perspektiv, så ser allt lite annorlunda ut med växelström.

Betraktelse av lagens tillämpning på en variabel storhet

Begreppet 'resistans' för växelströmsförhållanden bör snarare ses som 'impedans'. Här avses kombinationen av aktiv resistiv last (Ra) och last bildad av en reaktiv resistor (Rr).

Sådana fenomen orsakas av parametrar hos induktiva element och kommutationslagar med avseende på växelspänning – sinusformad ström.

Så här ser en ekvivalent krets för en växelströmskrets ut för beräkning med hjälp av formler baserade på Ohms lag: R – resistiv komponent; C – kapacitiv komponent; L – induktiv komponent; EMF - energikälla; I - strömflöde

Med andra ord uppstår en effekt av att strömvärdena leder (eller släpar efter) spänningsvärdena, vilket åtföljs av uppkomsten av aktiv (resistiv) och reaktiv (induktiv eller kapacitiv) effekt.

Beräkning av sådana fenomen görs med formeln:

Z = U / I eller Z = R + J * (X_L – X_C)

där: Z – impedans; R – aktiv last; X_L , X_C – induktiv och kapacitiv last; J – koefficient.

Seriekoppling och parallellkoppling av element

För komponenter i en elektrisk krets (kretsdel) är det karakteristiskt att de kopplas i serie eller parallellt.

Följaktligen medför varje kopplingstyp olika strömflödeskaraktär och spänningsmatning. I detta avseende tillämpas Ohms lag också olika beroende på hur komponenterna är kopplade.

Krets med seriekopplade resistiva element

För seriekoppling (en kretsdel med två komponenter) används formuleringen:

• I = I₁ = I₂ ;
• U = U₁ + U₂ ;
• R = R₁ + R₂

Denna formulering visar tydligt att, oavsett antalet seriekopplade resistiva komponenter, ändras inte strömmen i kretsdelen.

Koppling av resistiva element i en kretsdel i serie med varandra. För detta alternativ gäller en egen beräkningslag. I schemat: I, I1, I2 – strömflöde; R1, R2 – resistiva element; U, U1, U2 – pålagd spänning

Storleken på spänningen som appliceras på de aktiva resistiva komponenterna i kretsen är summan och utgör totalt värdet av EMF-källan.

Därmed är spänningen över varje enskild komponent lika med: Ux = I * Rx.

Det totala motståndet bör betraktas som summan av nominella värden för alla resistiva komponenter i kretsen.

Krets med parallellkopplade resistiva element

För fallet med parallellkoppling av resistiva komponenter anses formuleringen i förhållande till den tyske fysikern Ohms lag vara giltig:

• I = I₁ + I₂ … ;
• U = U₁ = U₂ … ;
• 1 / R = 1 / R₁ + 1 / R₂ + …

Man utesluter inte möjligheten att skapa kretsdelar av "blandad" typ, där parallell- och seriekoppling används.

Koppling av resistiva element i en kretsdel parallellt med varandra. För detta alternativ tillämpas en egen beräkningslag. I schemat: I, I1, I2 – strömflöde; R1, R2 – resistiva element; U – påförd spänning; A, B – in-/utgångspunkter

För sådana alternativ görs beräkningen vanligtvis genom att först beräkna det resistiva nominella värdet för parallellkopplingen. Därefter läggs nominella värdet för det seriekopplade motståndet till resultatet.

Integral- och differentialformer av lagen

Alla ovanstående beräkningspunkter är tillämpliga under förhållanden där ledare av, så att säga, "homogen" struktur används i elektriska kretsar.

Samtidigt stöter man i praktiken ofta på konstruktion av schematik där ledarnas struktur varierar på olika ställen. Till exempel används ledningar med större tvärsnitt eller tvärtom mindre, gjorda av olika material.

För att ta hänsyn till sådana skillnader finns en variant av den så kallade "differential-integrala Ohms lag". För en oändligt liten ledare beräknas strömtäthetsnivån beroende på fältstyrka och specifik konduktivitet.

För differentialberäkning används formeln: J = σ * E

För integralberäkning, motsvarande formulering: I * R = φ1 – φ2 + ε   

Dock är dessa exempel snarare närmare högre matematik och används faktiskt inte i den vanliga elektrikerns praktik.

Slutsatser och användbar video om ämnet

En detaljerad genomgång av Ohms lag i videoklippet nedan hjälper dig att slutligen befästa kunskaperna i detta ämne.

En unik videolektion kvalitativt förstärker den teoretiska skriftliga framställningen:

Arbetet som elektriker eller elektronikingenjör är oupplösligt förknippat med tillfällen då man verkligen får se Georg Ohms lag i aktion. Det är en slags självklarheter som varje yrkesperson bör känna till.

Det krävs inga omfattande kunskaper i ämnet – det räcker med att lära sig de tre huvudsakliga formuleringarna för att kunna tillämpa dem framgångsrikt i praktiken.

Vill du komplettera materialet ovan med värdefulla synpunkter eller uttrycka din åsikt? Skriv gärna kommentarer i blocket under artikeln. Om du har frågor, tveka inte att ställa dem till våra experter.