Ohmin lain laskuri - Laske jännite, virta ja resistanssi

Ohmin lain laskin laskee sähköpiirin jännitteen, sähkövirran tai resistanssin, kun kaksi muuta arvoa tunnetaan. Se käyttää Ohmin lakia, joka yhdistää nämä kolme suuretta: jännite on sähkövirran ja resistanssin tulo, eli V = I × R.

Mitä jännite, sähkövirta ja resistanssi tarkoittavat

Jännite (V) on sähköinen potentiaaliero, joka liikuttaa elektroneja piirissä. Sen yksikkö on voltti.

Sähkövirta (I) on nopeus, jolla elektronit kulkevat piirin tietyn kohdan ohi. Sen yksikkö on ampeeri, josta käytetään usein lyhennettä A.

Resistanssi (R) kuvaa sitä, kuinka paljon materiaali vastustaa sähkövirran kulkua. Sen yksikkö on ohmi (Ω).

Yleinen vertauskuva käyttää putkessa virtaavaa vettä. Jännite vastaa veden painetta. Sähkövirta vastaa virtausnopeutta. Resistanssi vastaa putken kapeutta. Suurempi paine tai leveämpi putki lisää virtausta. Putken suurempi kapeneminen vähentää sitä.

Ohmin lain kaava

Peruskaava on:

V = I × R

Kaksi muuta muotoa saadaan järjestämällä kaava uudelleen:

I = V ÷ R

R = V ÷ I

Kaikki kolme kaavaa kuvaavat samaa riippuvuutta. Käytettävä kaava määräytyy sen mukaan, mikä arvo puuttuu.

Jännitteen laskeminen

Kerro sähkövirta resistanssilla.

V = I × R

Esimerkki: piirissä sähkövirta on 2 A ja resistanssi 5 Ω. V = 2 × 5 = 10 V

Sähkövirran laskeminen

Jaa jännite resistanssilla.

I = V ÷ R

Esimerkki: piirissä jännite on 12 V ja resistanssi 4 Ω. I = 12 ÷ 4 = 3 A

Resistanssin laskeminen

Jaa jännite sähkövirralla.

R = V ÷ I

Esimerkki: piirissä jännite on 9 V ja sähkövirta 3 A. R = 9 ÷ 3 = 3 Ω

Esimerkki: LEDin etuvastuksen mitoitus

9 V:n paristo syöttää LEDiä, joka tarvitsee 20 mA:n (0,02 A) sähkövirran ja jonka myötäjännitehäviö on 2 V. LEDin kanssa sarjaan kytketyn vastuksen on otettava vastaan jäljelle jäävä jännite.

Vastuksen yli oleva jännite: 9 V − 2 V = 7 V

Tarvittava resistanssi: R = 7 ÷ 0,02 = 350 Ω

Koska 350 Ω ei ole vakiokokoinen vastus, rakentaja valitsisi lähimmän yleisen arvon, esimerkiksi 330 Ω tai 390 Ω.

Laskurin käyttö

Laskimessa on kolme kenttää: jännite (V), sähkövirta (I) ja resistanssi (R). Käyttäjä täyttää niistä täsmälleen kaksi ja jättää kolmannen tyhjäksi. Laskin laskee puuttuvan arvon, pyöristää sen kahden desimaalin tarkkuuteen ja näyttää käyttämänsä kaavan.

Kaikkien kolmen kentän täyttäminen tai alle kahden kentän täyttäminen aiheuttaa virheen, jossa pyydetään antamaan täsmälleen kaksi arvoa. Negatiiviset luvut hylätään, koska jännitteen, sähkövirran ja resistanssin oletetaan tässä olevan vähintään nolla. Samoin hylätään kaikki, mikä ei ole tavallinen luku, kuten teksti tai liian suuri esitettäväksi oleva luku. Jos annetut kaksi arvoa johtaisivat nollalla jakamiseen, esimerkiksi sähkövirtaa laskettaessa resistanssin ollessa 0 Ω, laskin näyttää virheen määrittelemättömän tuloksen sijaan.

Ohmin lain rajoitukset

Ohmin laki pätee ohmisissa materiaaleissa, kuten useimpiin metallijohtimiin ja vastuksiin, joissa sähkövirta kasvaa suoraan verrannollisesti jännitteen kanssa. Se ei suoraan koske diodeja, LED-valoja tai transistoreja, koska niiden sähkövirta ei kasva lineaarisesti jännitteen mukana.

Laki olettaa myös lämpötilan pysyvän vakaana, sillä monien materiaalien resistanssi muuttuu niiden lämmetessä. Vaihtovirtapiireissä insinöörit käyttävät pelkän resistanssin sijaan impedanssia, koska kondensaattorit ja kelat aiheuttavat taajuudesta riippuvia vaikutuksia.

Historia

Saksalainen fyysikko Georg Simon Ohm (1789–1854) julkaisi tämän riippuvuuden vuonna 1827 mitattuaan, miten sähkövirta muuttui eripituisten ja eri materiaaleista valmistettujen johtimien yli. Muut tutkijat epäilivät hänen tuloksiaan aluksi. Royal Society tunnusti myöhemmin hänen työnsä Copley-mitalilla vuonna 1841. Vuonna 1881 kansainvälinen sähköinsinöörien kongressi nimesi resistanssin yksikön ohmiksi hänen kunniakseen.

Usein kysyttyä

Mikä Ohmin laki on yksinkertaisesti ilmaistuna?

Se on sääntö, jonka mukaan jännite on sähkövirran ja resistanssin tulo: V = I × R. Jännitteen kasvattaminen tai resistanssin pienentäminen suurentaa sähkövirtaa.

Mitkä ovat Ohmin lain kolme kaavaa?

V = I × R jännitteelle, I = V ÷ R sähkövirralle ja R = V ÷ I resistanssille. Jokainen niistä on saman riippuvuuden uudelleenjärjestetty muoto.

Mikä on käytännön esimerkki Ohmin laista?

LEDin sähkövirtaa rajoittavan vastuksen mitoitus. Kun syöttöjännite on 5 V, LEDin myötäjännitehäviö 2 V ja tavoitevirta 20 mA, tarvittava resistanssi on (5 − 2) ÷ 0,02 = 150 Ω.

Toimiiko Ohmin laki vaihtovirtapiireissä?

Ei suoraan. Vaihtovirtapiireissä käytetään pelkän resistanssin sijaan impedanssia, koska kondensaattorit ja kelat reagoivat eri tavoin sähkövirran taajuuden mukaan.

Koskeeko Ohmin laki jokaista komponenttia?

Ei. Se pätee ohmisissa materiaaleissa, kuten tavallisissa vastuksissa ja useimmissa johtimissa. Se ei koske diodeja, LED-valoja tai transistoreja, koska niiden sähkövirta ei kasva lineaarisesti jännitteen mukana.

Miksi jännitteellä, sähkövirralla ja resistanssilla on eri yksiköt?

Koska ne mittaavat eri fysikaalisia suureita. Voltit mittaavat sähköistä painetta, ampeerit virtausnopeutta ja ohmit virran vastusta. Yksiköiden sekoittaminen laskussa tuottaa väärän vastauksen, vaikka kaava olisi oikein.