Kipima Sheria ya Ohm - Hakiki Volti, Mkondo na Kuvutia

Kikokotoo cha sheria ya Ohm hupata volteji, mkondo wa umeme, au upinzani katika saketi ya umeme wakati thamani nyingine mbili zinajulikana. Hutumia sheria ya Ohm, kanuni inayounganisha vipimo hivi vitatu: volteji ni sawa na mkondo wa umeme ukizidishwa kwa upinzani, iliyoandikwa kama V = I × R.

Maana ya volteji, mkondo wa umeme na upinzani

Volteji (V) ni msukumo wa umeme unaosogeza elektroni kupitia saketi. Hupimwa kwa volti.

Mkondo wa umeme (I) ni kasi ambayo elektroni hupita kwenye nukta fulani ya saketi. Hupimwa kwa amperi, ambayo mara nyingi hufupishwa kuwa ampea (A).

Upinzani (R) ni kiwango ambacho nyenzo inapinga mtiririko wa mkondo wa umeme. Hupimwa kwa ohm (Ω).

Ulinganisho wa kawaida hutumia maji ndani ya bomba. Volteji hufanya kazi kama shinikizo la maji. Mkondo wa umeme hufanya kazi kama kiwango cha mtiririko. Upinzani hufanya kazi kama jinsi bomba lilivyo nyembamba. Shinikizo kubwa zaidi au bomba pana zaidi huongeza mtiririko. Bomba kuwa nyembamba zaidi hupunguza mtiririko.

Fomula ya sheria ya Ohm

Fomula ya msingi ni:

V = I × R

Aina nyingine mbili hupatikana kwa kuipanga upya:

I = V ÷ R

R = V ÷ I

Fomula zote tatu zinaeleza uhusiano uleule. Fomula ya kutumia inategemea thamani inayokosekana.

Jinsi ya kukokotoa volteji

Zidisha mkondo wa umeme kwa upinzani.

V = I × R

Mfano: saketi ina mkondo wa umeme wa 2 A na upinzani wa 5 Ω. V = 2 × 5 = 10 V

Jinsi ya kukokotoa mkondo wa umeme

Gawanya volteji kwa upinzani.

I = V ÷ R

Mfano: saketi ina volteji ya 12 V na upinzani wa 4 Ω. I = 12 ÷ 4 = 3 A

Jinsi ya kukokotoa upinzani

Gawanya volteji kwa mkondo wa umeme.

R = V ÷ I

Mfano: saketi ina volteji ya 9 V na mkondo wa umeme wa 3 A. R = 9 ÷ 3 = 3 Ω

Mfano: kuchagua thamani ya rezista kwa LED

Betri ya 9 V huwasha LED inayohitaji mkondo wa 20 mA (0.02 A) na yenye upungufu wa volteji ya mbele wa 2 V. Rezista iliyounganishwa mfululizo na LED lazima ichukue volteji iliyobaki.

Volteji kwenye rezista: 9 V − 2 V = 7 V

Upinzani unaohitajika: R = 7 ÷ 0.02 = 350 Ω

Kwa kuwa 350 Ω si thamani ya kawaida ya rezista, mtengenezaji angechagua thamani ya kawaida iliyo karibu zaidi, kama vile 330 Ω au 390 Ω.

Jinsi ya kutumia kikokotoo

Kikokotoo kina sehemu tatu: Volteji (V), Mkondo wa umeme (I), na Upinzani (R). Mtumiaji hujaza sehemu mbili tu na kuacha ya tatu wazi. Kikokotoo hukokotoa thamani inayokosekana, huizungusha hadi nafasi mbili za desimali, na huonyesha fomula iliyotumia.

Kujaza sehemu zote tatu, au chini ya mbili, hutokeza hitilafu inayoomba thamani mbili kamili. Nambari hasi hukataliwa, kwa kuwa volteji, mkondo wa umeme na upinzani vinachukuliwa hapa kuwa sifuri au zaidi. Kitu chochote ambacho si nambari tupu, kama vile matini au nambari kubwa mno kuwakilishwa, hukataliwa vivyo hivyo. Ikiwa thamani mbili zilizoingizwa zitasababisha mgawanyo kwa sifuri, kama vile kukokotoa mkondo wa umeme kwa upinzani wa 0 Ω, kikokotoo huonyesha hitilafu badala ya matokeo yasiyobainishwa.

Mipaka ya sheria ya Ohm

Sheria ya Ohm inatumika kwa nyenzo ohmiki: vikondakta kama nyaya nyingi za metali na rezista, ambamo mkondo wa umeme huongezeka sawia moja kwa moja na volteji. Haitumiki moja kwa moja kwa vipengele kama diodi, LED, au tranzista, kwa sababu mkondo wao wa umeme hauongezeki kwa mstari ulionyooka pamoja na volteji.

Sheria hiyo pia hudhania halijoto thabiti, kwa kuwa upinzani wa nyenzo nyingi hubadilika zinapopata joto. Kwa saketi za mkondo unaobadilika (AC), wahandisi hutumia impedansi badala ya upinzani wa kawaida, kwa kuwa kapasiteta na indakta huongeza athari zinazotegemea masafa.

Historia

Georg Simon Ohm (1789–1854), mwanafizikia Mjerumani, alichapisha uhusiano huu mwaka 1827 baada ya kupima jinsi mkondo wa umeme ulivyobadilika katika nyaya zenye urefu na nyenzo tofauti. Wanasayansi wengine walitilia shaka matokeo yake mwanzoni. Baadaye Royal Society ilitambua kazi yake kwa kumpa Medali ya Copley mwaka 1841. Mwaka 1881, kongamano la kimataifa la wahandisi wa umeme liliita kipimo cha upinzani ohm kwa heshima yake.

Maswali yanayoulizwa mara kwa mara

Sheria ya Ohm ni nini kwa maneno rahisi?

Ni kanuni inayosema kwamba volteji ni sawa na mkondo wa umeme ukizidishwa kwa upinzani: V = I × R. Kuongeza volteji au kupunguza upinzani huongeza mkondo wa umeme.

Je, ni fomula tatu zipi za sheria ya Ohm?

V = I × R kwa volteji, I = V ÷ R kwa mkondo wa umeme, na R = V ÷ I kwa upinzani. Kila moja ni mpangilio upya wa uhusiano uleule.

Mfano halisi wa sheria ya Ohm ni upi?

Kuchagua thamani ya rezista inayopunguza mkondo wa LED. Kwa chanzo cha 5 V, LED yenye upungufu wa volteji ya mbele wa 2 V, na mkondo unaolengwa wa 20 mA, upinzani unaohitajika ni (5 − 2) ÷ 0.02 = 150 Ω.

Je, sheria ya Ohm hufanya kazi katika saketi za AC?

Si moja kwa moja. Saketi za AC hutumia impedansi badala ya upinzani wa kawaida, kwa kuwa kapasiteta na indakta huitikia kwa njia tofauti kulingana na masafa ya mkondo wa umeme.

Je, sheria ya Ohm inatumika kwa kila kipengele?

Hapana. Inatumika kwa nyenzo za ki-ohmiki, kama marezista ya kawaida na nyaya nyingi. Haitumiki kwa diodi, LED, au tranzista, kwa kuwa mkondo wao wa umeme hauongezeki kwa mstari ulionyooka pamoja na volteji.

Kwa nini volteji, mkondo wa umeme na upinzani vinahitaji vipimo tofauti?

Kwa sababu hupima vipimo tofauti vya kifizikia. Volti hupima shinikizo la umeme, amperi hupima kiwango cha mtiririko, na ohm hupima upinzani dhidi ya mtiririko huo. Kuchanganya vipimo katika hesabu hutokeza jibu lisilo sahihi hata fomula ikiwa sahihi.