UNDANG-UNDANG OHM: UNIT DAN FORMULA, PENGIRAAN, CONTOH, LATIHAN - FIZIKAL - 2026

The Ohm 's undang-undang dalam bentuk makroskopik, menunjukkan bahawa voltan dan intensiti semasa dalam litar langsung rintangan berkadar yang berterusan perkadaran. Menyatakan ketiga-tiga kuantiti ini sebagai V, I dan R masing-masing, undang-undang Ohm menyatakan bahawa: V = IR

Begitu juga, undang-undang Ohm digeneralisasikan untuk memasukkan elemen litar yang tidak murni resistif dalam litar arus bolak-balik, dengan cara ini ia mengambil bentuk berikut: V = IZ

Gambar 1. Undang-undang Ohm berlaku untuk banyak litar. Sumber: Wikimedia Commons. Tlapicka

Di mana Z adalah impedans, yang juga mewakili penentangan terhadap arus arus ulang-alik oleh elemen litar, misalnya kapasitor atau induktansi.

Perlu diingatkan bahawa tidak semua bahan dan elemen litar mematuhi undang-undang Ohm. Mereka di mana ia sah dipanggil unsur ohmik, dan di mana ia tidak dipenuhi, mereka dipanggil tidak ohmik atau tidak linear.

Perintang elektrik biasa adalah jenis ohmik, tetapi diod dan transistor tidak, kerana hubungan antara voltan dan arus tidak linear di dalamnya.

Undang-undang Ohm berhutang namanya kepada ahli fizik dan matematik Jerman kelahiran Jerman, George Simon Ohm (1789-1854), yang menghabiskan kerjayanya untuk mengkaji tingkah laku litar elektrik. Unit untuk rintangan elektrik dalam Sistem Antarabangsa SI telah dinamakan sebagai penghormatannya: ohm, yang juga dinyatakan oleh huruf Yunani Ω.

Bagaimana ia dikira?

Walaupun bentuk makroskopik hukum Ohm adalah yang paling terkenal, kerana ia menghubungkan kuantiti yang mudah diukur di makmal, bentuk mikroskopik mengaitkan dua kuantiti vektor penting: medan elektrik E dan ketumpatan arus J :

Di mana σ adalah kekonduksian elektrik bahan, sifat yang menunjukkan betapa senangnya arus arus. Bagi bahagiannya, J adalah vektor yang magnitudnya adalah hasil bagi intensiti arus I dan luas keratan rentas A yang melaluinya.

Adalah logik untuk mengandaikan bahawa ada hubungan semula jadi antara medan elektrik di dalam bahan dan arus elektrik yang beredar melaluinya, sehingga semakin besar arus, semakin banyak arus.

Tetapi arus bukanlah vektor, kerana ia tidak mempunyai arah dalam ruang. Sebaliknya, vektor J adalah tegak lurus-atau normal- ke kawasan keratan rentas konduktor dan arahnya adalah arus.

Dari bentuk undang-undang Ohm ini kita sampai pada persamaan pertama, dengan menganggap konduktor panjang ℓ dan keratan rentas A, dan menggantikan magnitud J dan E dengan:

Kebalikan kekonduksian disebut resistiviti dan dilambangkan dengan huruf Yunani ρ:

Oleh itu:

Rintangan konduktor

Dalam persamaan V = (ρℓ / A). I, pemalar (ρℓ / A) adalah rintangan, oleh itu:

Rintangan konduktor bergantung kepada tiga faktor:

-Ketahanannya ρ, khas dari bahan yang dihasilkannya.

-Panjang ℓ.

-Luas A dari keratannya.

Semakin tinggi ℓ, semakin besar rintangan, kerana pembawa arus mempunyai lebih banyak peluang untuk bertembung dengan zarah lain di dalam konduktor dan kehilangan tenaga. Dan sebaliknya, semakin tinggi A, semakin mudah bagi pembawa arus untuk bergerak dengan teratur melalui bahan tersebut.

Akhirnya, dalam struktur molekul setiap bahan terletak kemudahannya dengan zat yang membolehkan arus elektrik mengalir. Oleh itu, sebagai contoh, logam seperti tembaga, emas, perak dan platinum, dengan daya tahan rendah, adalah konduktor yang baik, sementara kayu, getah dan minyak tidak, itulah sebabnya mereka mempunyai daya tahan yang lebih tinggi.

Contoh

Berikut adalah dua contoh ilustrasi undang-undang Ohm.

Eksperimen untuk memeriksa undang-undang Ohm

Pengalaman sederhana menggambarkan undang-undang Ohm, untuk ini anda memerlukan sekeping bahan konduktif, sumber voltan berubah-ubah dan multimeter.

Voltan V terbentuk di antara hujung bahan konduktif, yang mesti diubah sedikit demi sedikit. Dengan sumber kuasa yang berubah-ubah, nilai voltan tersebut dapat diatur, yang diukur dengan multimeter, serta arus I yang mengalir melalui konduktor.

Pasangan nilai V dan I dicatatkan dalam jadual dan dengannya graf dibina di atas kertas graf. Sekiranya lengkung yang dihasilkan adalah garis lurus, bahannya ohmik, tetapi jika ia merupakan lengkung lain, maka bahan tersebut tidak berbentuk ohmik.

Dalam kes pertama, kemiringan garis dapat ditentukan, yang setara dengan rintangan R dari konduktor atau ke konduktor terbalik.

Dalam gambar di bawah, garis biru mewakili salah satu graf ini untuk bahan ohmik. Sementara itu, lengkung kuning dan merah diperbuat daripada bahan bukan ohmik, seperti semikonduktor, misalnya.

Rajah 2. Graf I vs. V untuk bahan ohmik (garis biru) dan bahan bukan ohmik. Sumber: Wikimedia Commons.

Analogi hidraulik undang-undang Ohm

Sangat menarik untuk mengetahui bahawa arus elektrik dalam undang-undang Ohm mempunyai tingkah laku yang serupa dengan air yang beredar melalui paip. Ahli fizik Inggeris Oliver Lodge adalah yang pertama mencadangkan simulasi tingkah laku semasa menggunakan unsur hidraulik.

Sebagai contoh, paip mewakili konduktor, kerana air beredar melalui mereka dan pembawa arus melalui yang terakhir. Apabila terdapat kekangan pada paip, aliran air sukar dilakukan, jadi ini sama dengan rintangan elektrik.

Perbezaan tekanan pada dua hujung tiub membolehkan air mengalir, yang memberikan perbezaan ketinggian atau pam air, dan juga, perbezaan potensi (bateri) adalah yang membuat pengisian terus bergerak. , bersamaan dengan aliran atau isipadu air per unit masa.

Pam omboh akan memainkan peranan sebagai sumber voltan bolak-balik, tetapi kelebihan memasukkan pam air adalah bahawa litar hidraulik akan ditutup, sama seperti litar elektrik untuk arus mengalir.

Rajah 3. Analogi hidraulik untuk undang-undang Ohm: dalam a) sistem aliran air dan dalam b) litar perintang sederhana. Sumber: Tippens, P. 2011. Fizik: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. Bukit McGraw.

Perintang dan suis

Setara dengan suis dalam litar, ia akan menjadi stopcock. Ia ditafsirkan dengan cara ini: jika litar terbuka (stopcock ditutup), arus, seperti air, tidak dapat mengalir.

Sebaliknya, dengan suis tertutup (stopcock terbuka sepenuhnya) arus dan air dapat mengalir tanpa masalah melalui konduktor atau paip.

Stopkok atau injap juga dapat mewakili rintangan: apabila paip dibuka sepenuhnya ia sama dengan rintangan sifar atau litar pintas. Sekiranya ditutup sepenuhnya, ia seperti membuka litar, sementara ditutup sebahagiannya seperti rintangan nilai tertentu (lihat gambar 3).

Latihan

- Latihan 1

Setrika elektrik diketahui memerlukan 2A pada 120V untuk berfungsi dengan baik. Apakah rintangannya?

Penyelesaian

Selesaikan penentangan dari undang-undang Ohm:

- Latihan 2

Kawat berdiameter 3 mm dan panjang 150 m mempunyai rintangan elektrik 3.00 Ω pada 20 ° C. Cari ketahanan bahan.

Penyelesaian

Persamaan R = ρℓ / A sesuai, oleh itu luas keratan rentas perlu dijumpai terlebih dahulu:

Akhirnya, semasa menggantikan, anda mendapat:

Rujukan

1. Resnick, R. 1992. Fizik. Edisi diperluas ketiga dalam bahasa Sepanyol. Jilid 2. Compañía Editorial Continental SA de CV
2. Sears, Zemansky. 2016. Fizik Universiti dengan Fizik Moden. 14 ^th . Ed. Jilid 2. 817-820.
3. Serway, R., Jewett, J. 2009. Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan dengan Fizik Moden. Edisi ke-7. Jilid 2. Pembelajaran Cengage. 752-775.
4. Tippens, P. 2011. Fizik: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. Bukit McGraw.
5. Universiti Sevilla. Jabatan Fizik Gunaan III. Ketumpatan dan intensiti arus. Dipulihkan dari: us.es.
6. Walker, J. 2008. Fizik. Edisi ke-4 Pearson.725-728