Υπολογιστής Νόμου του Ohm - Υπολογισμός Τάσης, Ρεύματος & Αντίστασης

Ένας υπολογιστής του νόμου του Ohm βρίσκει την τάση, την ένταση ή την αντίσταση σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, όταν είναι γνωστές οι άλλες δύο τιμές. Εφαρμόζει τον νόμο του Ohm, έναν κανόνα που συνδέει αυτά τα τρία μεγέθη: η τάση ισούται με την ένταση πολλαπλασιασμένη επί την αντίσταση, δηλαδή V = I × R.

Τι σημαίνουν η τάση, η ένταση και η αντίσταση

Η τάση (V) είναι η ηλεκτρική «ώθηση» που κινεί τα ηλεκτρόνια μέσα σε ένα κύκλωμα. Μετριέται σε volt.

Το ηλεκτρικό ρεύμα (I) είναι ο ρυθμός ροής των ηλεκτρονίων από ένα σημείο του κυκλώματος. Μετριέται σε αμπέρ, που συχνά συντομογραφούνται ως A.

Η αντίσταση (R) είναι ο βαθμός στον οποίο ένα υλικό αντιστέκεται στη ροή του ρεύματος. Μετριέται σε ohm (Ω).

Μια συνηθισμένη παρομοίωση χρησιμοποιεί νερό μέσα σε σωλήνα. Η τάση λειτουργεί όπως η πίεση του νερού. Η ένταση του ρεύματος αντιστοιχεί στην παροχή. Η αντίσταση λειτουργεί όπως το πόσο στενός είναι ο σωλήνας. Μεγαλύτερη πίεση ή φαρδύτερος σωλήνας αυξάνει τη ροή. Μεγαλύτερη στένωση τη μειώνει.

Ο τύπος του νόμου του Ohm

Ο βασικός τύπος είναι:

V = I × R

Δύο άλλες μορφές προκύπτουν με αναδιάταξή του:

I = V ÷ R

R = V ÷ I

Και οι τρεις τύποι περιγράφουν την ίδια σχέση. Το ποιος θα χρησιμοποιηθεί εξαρτάται από το ποια τιμή λείπει.

Πώς υπολογίζεται η τάση

Πολλαπλασιάστε την ένταση επί την αντίσταση.

V = I × R

Παράδειγμα: ένα κύκλωμα έχει ένταση 2 A και αντίσταση 5 Ω. V = 2 × 5 = 10 V

Πώς υπολογίζεται η ένταση

Διαιρέστε την τάση με την αντίσταση.

I = V ÷ R

Παράδειγμα: ένα κύκλωμα έχει τάση 12 V και αντίσταση 4 Ω. I = 12 ÷ 4 = 3 A

Πώς υπολογίζεται η αντίσταση

Διαιρέστε την τάση με την ένταση.

R = V ÷ I

Παράδειγμα: ένα κύκλωμα έχει τάση 9 V και ένταση 3 A. R = 9 ÷ 3 = 3 Ω

Παράδειγμα: επιλογή αντίστασης για LED

Μια μπαταρία 9 V τροφοδοτεί ένα LED που χρειάζεται ένταση 20 mA (0,02 A) και έχει ορθή πτώση τάσης 2 V. Η αντίσταση σε σειρά με το LED πρέπει να απορροφήσει την υπόλοιπη τάση.

Τάση στα άκρα της αντίστασης: 9 V − 2 V = 7 V

Απαιτούμενη αντίσταση: R = 7 ÷ 0,02 = 350 Ω

Επειδή τα 350 Ω δεν αποτελούν τυπική τιμή αντίστασης, ο κατασκευαστής θα επέλεγε την πλησιέστερη κοινή τιμή, όπως 330 Ω ή 390 Ω.

Πώς χρησιμοποιείται η αριθμομηχανή

Ο υπολογιστής διαθέτει τρία πεδία: Τάση (V), Ένταση (I) και Αντίσταση (R). Ο χρήστης συμπληρώνει ακριβώς δύο από αυτά και αφήνει το τρίτο κενό. Ο υπολογιστής υπολογίζει την τιμή που λείπει, τη στρογγυλοποιεί σε δύο δεκαδικά ψηφία και εμφανίζει τον τύπο που χρησιμοποίησε.

Η συμπλήρωση και των τριών πεδίων ή λιγότερων από δύο προκαλεί σφάλμα που ζητά ακριβώς δύο τιμές. Οι αρνητικοί αριθμοί απορρίπτονται, επειδή εδώ η τάση, η ένταση και η αντίσταση θεωρούνται μηδενικές ή μεγαλύτερες. Οτιδήποτε δεν είναι απλός αριθμός, όπως κείμενο ή ένας αριθμός πολύ μεγάλος για να αναπαρασταθεί, απορρίπτεται με τον ίδιο τρόπο. Αν οι δύο καταχωρισμένες τιμές οδηγούν σε διαίρεση με το μηδέν, όπως κατά τον υπολογισμό της έντασης με αντίσταση 0 Ω, ο υπολογιστής εμφανίζει σφάλμα αντί για μη ορισμένο αποτέλεσμα.

Όρια του νόμου του Ohm

Ο νόμος του Ohm εφαρμόζεται σε ωμικά υλικά: αγωγούς, όπως τα περισσότερα μεταλλικά σύρματα και οι αντιστάσεις, όπου η ένταση αυξάνεται σε ευθεία αναλογία με την τάση. Δεν εφαρμόζεται άμεσα σε εξαρτήματα όπως οι δίοδοι, τα LED και τα τρανζίστορ, επειδή η έντασή τους δεν αυξάνεται γραμμικά με την τάση.

Ο νόμος προϋποθέτει επίσης σταθερή θερμοκρασία, καθώς η αντίσταση πολλών υλικών μεταβάλλεται καθώς αυτά θερμαίνονται. Στα κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος (AC), οι μηχανικοί χρησιμοποιούν σύνθετη αντίσταση αντί για απλή αντίσταση, επειδή οι πυκνωτές και τα πηνία προσθέτουν επιδράσεις που εξαρτώνται από τη συχνότητα.

Ιστορία

Ο Georg Simon Ohm (1789–1854), Γερμανός φυσικός, δημοσίευσε αυτή τη σχέση το 1827, αφού μέτρησε πώς μεταβαλλόταν η ένταση σε σύρματα διαφορετικού μήκους και υλικού. Άλλοι επιστήμονες αμφισβήτησαν αρχικά τα ευρήματά του. Η Royal Society αναγνώρισε αργότερα το έργο του με το μετάλλιο Copley το 1841. Το 1881, ένα διεθνές συνέδριο ηλεκτρολόγων μηχανικών ονόμασε προς τιμήν του μονάδα της αντίστασης το ohm.

Συχνές ερωτήσεις

Τι είναι ο νόμος του Ohm με απλά λόγια;

Είναι ο κανόνας σύμφωνα με τον οποίο η τάση ισούται με την ένταση πολλαπλασιασμένη επί την αντίσταση: V = I × R. Η αύξηση της τάσης ή η μείωση της αντίστασης αυξάνει την ένταση.

Ποιοι είναι οι τρεις τύποι του νόμου του Ohm;

V = I × R για την τάση, I = V ÷ R για την ένταση και R = V ÷ I για την αντίσταση. Καθένας αποτελεί αναδιάταξη της ίδιας σχέσης.

Ποιο είναι ένα πραγματικό παράδειγμα του νόμου του Ohm;

Επιλογή αντίστασης περιορισμού ρεύματος για ένα LED. Με τροφοδοσία 5 V, LED με ορθή πτώση τάσης 2 V και επιθυμητή ένταση 20 mA, η απαιτούμενη αντίσταση είναι (5 − 2) ÷ 0,02 = 150 Ω.

Ισχύει ο νόμος του Ohm για κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος;

Όχι άμεσα. Στα κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος χρησιμοποιείται σύνθετη αντίσταση αντί για απλή αντίσταση, επειδή οι πυκνωτές και τα πηνία αποκρίνονται διαφορετικά ανάλογα με τη συχνότητα του ρεύματος.

Εφαρμόζεται ο νόμος του Ohm σε κάθε εξάρτημα;

Όχι. Εφαρμόζεται σε ωμικά υλικά, όπως οι απλές αντιστάσεις και τα περισσότερα σύρματα. Δεν εφαρμόζεται σε διόδους, LED ή τρανζίστορ, επειδή η έντασή τους δεν αυξάνεται γραμμικά με την τάση.

Γιατί η τάση, η ένταση και η αντίσταση χρειάζονται διαφορετικές μονάδες;

Επειδή μετρούν διαφορετικά φυσικά μεγέθη. Τα volt μετρούν την ηλεκτρική πίεση, τα ampere μετρούν τον ρυθμό ροής και τα ohm μετρούν την αντίσταση σε αυτή τη ροή. Η σύγχυση των μονάδων σε έναν υπολογισμό παράγει λανθασμένο αποτέλεσμα, ακόμη και όταν ο τύπος είναι σωστός.