Ohms lov for hele kredsløbet og for en del af kredsløbet: varianter af formelnotation, beskrivelse og forklaring

En professionel elektriker eller elektronikspecialist kan ikke undgå at anvende Ohms lov i sit arbejde, når de løser opgaver relateret til justering, opsætning og reparation af elektroniske og elektriske kredsløb.

Forståelsen af denne lov er faktisk nødvendig for alle. Fordi alle i dagligdagen har med elektricitet at gøre.

Og selvom Ohms lov er en del af gymnasiets pensum, bliver den i praksis ikke altid studeret til rette tid. Derfor vil vi i vores materiale se på dette emne, som er relevant for livet, og blive klogere på varianterne af formelnotering.

En separat del og hele det elektriske kredsløb

Når man betragter et elektrisk kredsløb med henblik på anvendelse af Ohms lov, skal man bemærke to mulige beregningsvarianter: for en separat del og for hele kredsløbet.

Beregning af strøm i en del af et elektrisk kredsløb

Som en del af et elektrisk kredsløb betragtes normalt den del af kredsløbet, der udelukker EMF-kilden, da den har en ekstra intern modstand.

Derfor ser beregningsformlen i dette tilfælde enkel ud:

I = U/ R,

Hvor henholdsvis:

• I – strømstyrke;
• U – påtrykt spænding;
• R – modstand.

Fortolkningen af formlen er enkel – strømmen, der løber gennem en bestemt del af kredsløbet, er proportional med den påtrykte spænding og omvendt proportional med modstanden.

Den såkaldte grafiske 'blomst', hvorigennem hele sættet af variationsformuleringer baseret på Ohms lov præsenteres. Et praktisk værktøj til lommeopbevaring: sektor “P” – effektformler; sektor “U” – spændingsformler; sektor “I” – strømformler; sektor “R” – modstandsformler

Således beskriver formlen klart afhængigheden af strømmen gennem en separat del af et elektrisk kredsløb i forhold til bestemte værdier af spænding og modstand.

Formlen er praktisk at bruge, f.eks. når man beregner modstandsparametre, der skal loddes ind i et kredsløb, hvis spænding og strøm er givet.

Ohms lov og to konsekvenser, som enhver professionel elektromekaniker, elingeniør, elektronikingeniør og alle, der arbejder med elektriske kredsløb, skal beherske. Fra venstre mod højre: 1 – definition af strøm; 2 – definition af modstand; 3 – definition af spænding, hvor I – strømstyrke, U – spænding, R – modstand

Ovenstående illustration kan hjælpe med at bestemme f.eks. strømmen, der løber gennem en 10-ohms modstand, som er tilsluttet en spænding på 12 volt. Indsætter man værdierne, finder man – I = 12 / 10 = 1.2 ampere.

Tilsvarende løses opgaver med at finde modstand (når strøm og spænding er kendt) eller spænding (når spænding og strøm er kendt).

Dermed kan man altid vælge den nødvendige driftsspænding, den ønskede strømstyrke og det optimale resistive element.

Den formel, der foreslås anvendt, kræver ikke hensyntagen til spændingskildens parametre. Dog vil et kredsløb, der f.eks. indeholder et batteri, blive beregnet med en anden formel. På diagrammet: A – tilslutning af amperemeter; V – tilslutning af voltmeter.

For øvrigt er forbindelsesledningerne i ethvert kredsløb modstande. Størrelsen af den belastning, de skal bære, bestemmes af spændingen.

Følgelig, ved igen at bruge Ohms lov, bliver det muligt at vælge det nødvendige ledningstværsnit præcist, afhængigt af ledermaterialet.

På vores hjemmeside findes en detaljeret vejledning om beregning af kabeltværsnit efter effekt og strøm.

Beregningsvariant for hele kredsløbet

Et fuldstændigt kredsløb består af et afsnit (afsnit) samt en EMF-kilde. Det vil sige, at den resistive komponent i kredsløbsafsnittet faktisk tilføjes den indre modstand fra EMF-kilden.

Derfor er det logisk med en vis ændring af den ovenfor betragtede formel:

I = U / (R + r)

Selvfølgelig kan værdien af den indre modstand af EMF i Ohms lov for et helt elektrisk kredsløb betragtes som ubetydelig, men denne modstandsværdi afhænger i høj grad af EMF-kildens struktur.

Ikke desto mindre er tilstedeværelsen af yderligere modstand en vigtig faktor ved beregning af komplekse elektroniske kredsløb og elektriske kredsløb med mange ledere.

For beregninger i en fuld elektrisk kreds tages altid den resistive værdi af EMK-kilden i betragtning. Denne værdi lægges sammen med den resistive modstand i selve den elektriske kreds. På diagrammet: I – strømflow; R – eksternt resistive element; r – resistiv faktor af EMK (energikilde)

Både for en del af kredsen og for hele kredsløbet skal man tage højde for det naturlige forhold – brug af jævnstrøm eller vekselstrøm.

Hvis de ovennævnte punkter, der er karakteristiske for Ohms lov, blev betragtet ud fra brug af jævnstrøm, så ser det noget anderledes ud med vekselstrøm.

Betragtning af lovens virkning på en variabel størrelse

Begrebet 'modstand' under forhold med vekselstrøm bør snarere betragtes som begrebet 'impedans'. Her menes kombinationen af en aktiv resistiv belastning (Ra) og en belastning dannet af en reaktiv resistor (Rr).

Sådanne fænomener skyldes parametrene for induktive elementer og kommutationslove i forbindelse med vekselspænding – sinusformet strøm.

Sådan ser det ækvivalente kredsløbsdiagram for en vekselstrømskreds ud til beregning ved hjælp af formler baseret på Ohms lov: R – resistiv komponent; C – kapacitiv komponent; L – induktiv komponent; EMK – energikilde; I – strømflow

Med andre ord er der en effekt af, at strømværdierne er forud (eller bagefter) spændingsværdierne, hvilket ledsages af fremkomsten af aktiv (resistiv) og reaktiv (induktiv eller kapacitiv) effekt.

Beregning af sådanne fænomener udføres ved hjælp af formlen:

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

hvor: Z – impedans; R – aktiv belastning; X_L , X_C – induktiv og kapacitiv belastning; J – koefficient.

Serie- og parallelforbindelse af komponenter

For elementer i et elektrisk kredsløb (en del af kredsen) er det karakteristisk, at de er forbundet i serie eller parallelt.

Følgelig er hver type forbindelse ledsaget af en forskellig karakter af strømflow og spændingstilførsel. I den henseende anvendes Ohms lov også forskelligt, afhængigt af hvordan elementerne er tilsluttet.

Kredsløb med seriekoblede resistive elementer

Vedrørende serieforbindelse (en del af kredsen med to komponenter) bruges følgende formulering:

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

En sådan formulering viser tydeligt, at uanset antallet af serieforbundne resistive komponenter, ændrer strømmen, der løber i kredsafsnittet, ikke sin værdi.

Forbindelse af resistive elementer i et kredsløbsafsnit i serie med hinanden. For denne variant gælder en særlig beregningslov. På diagrammet: I, I1, I2 – strømmen; R1, R2 – resistive elementer; U, U1, U2 – den påførte spænding

Størrelsen af spændingen, der påføres de resistive komponenter i kredsløbet, er summen og udgør i alt værdien af EMF-kilden.

Parallelt hermed er spændingen over hver enkelt komponent lig: Ux = I * Rx.

Den samlede modstand skal betragtes som summen af værdierne for alle resistive komponenter i kredsløbet.

Kredsløb med parallelkoblede resistive elementer

I tilfælde af parallel forbindelse af resistive komponenter, anses følgende formulering for at være gældende i forhold til den tyske fysiker Ohms lov:

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

Der udelukkes ikke muligheder for sammensatte kredsløbsafsnit af 'blandet' type, hvor parallel- og seriekobling anvendes.

Forbindelse af resistive elementer i et kredsløbsafsnit parallelt med hinanden. For denne variant anvendes en særlig beregningslov. På diagrammet: I, I1, I2 – strømmen; R1, R2 – resistive elementer; U – den tilførte spænding; A, B – ind-/udgangspunkter

For sådanne varianter udføres beregningen normalt ved først at beregne den resistive værdi af parallelforbindelsen. Derefter tilføjes værdien af den seriekoblede modstand til resultatet.

Integral- og differentialformer af loven

Alle ovennævnte beregningspunkter gælder for forhold, hvor der i elektriske kredsløb anvendes ledere af, så at sige, 'homogen' struktur.

Imidlertid støder man i praksis ofte på konstruktion af skematik, hvor ledernes struktur ændrer sig på forskellige afsnit. For eksempel bruges ledninger med større eller omvendt mindre tværsnit, lavet af forskellige materialer.

For at tage højde for sådanne forskelle findes en variation, den såkaldte 'differential-integral Ohms lov'. For en uendeligt lille leder beregnes strømtæthedsniveauet afhængigt af feltstyrken og den specifikke ledningsevne.

Til differentialberegning anvendes formlen: J = ό * E

Til integralberegning, tilsvarende, formuleringen: I * R = φ1 – φ2 + έ   

Men disse eksempler hører snarere til i den højere matematik og anvendes i praksis af en almindelig elektriker faktisk ikke.

Konklusioner og nyttig video om emnet

En detaljeret gennemgang af Ohms lov i den nedenfor præsenterede video vil hjælpe med endeligt at befæste viden på dette område.

En slags videolektion understøtter kvalitativt den teoretiske skriftlige fremstilling:

Arbejdet som elektriker eller elektroniker er uadskilleligt forbundet med situationer, hvor man rent faktisk oplever Ohms lov i praksis. Det er sådan nogle grundlæggende sandheder, som enhver professionel bør kende.

Der kræves ikke omfattende viden om dette emne – det er nok at lære de tre grundlæggende varianter af formuleringen for at kunne anvende dem i praksis.

Vil du supplere ovenstående materiale med værdifulde bemærkninger eller give din mening til kende? Skriv endelig kommentarer i boksen under artiklen. Hvis du har spørgsmål, er du velkommen til at stille dem til vores eksperter.