Ohmsches Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises
Das Grundgesetz der Elektrotechnik, das Sie zur Untersuchung und Berechnung elektrischer Schaltkreise verwenden können, ist das Ohmsche Gesetz, das den Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand festlegt. Es ist notwendig, sein Wesen klar zu verstehen und es bei der Lösung praktischer Probleme richtig anwenden zu können. In der Elektrotechnik werden häufig Fehler gemacht, weil das Ohmsche Gesetz nicht richtig angewendet werden kann.
Das Ohmsche Gesetz für einen Stromkreisabschnitt besagt: Der Strom ist direkt proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand.
Wenn die in einem Stromkreis wirkende Spannung um ein Vielfaches erhöht wird, erhöht sich der Strom in diesem Stromkreis um den gleichen Betrag. Und wenn Sie den Widerstand des Stromkreises mehrmals erhöhen, verringert sich der Strom um den gleichen Betrag. Ebenso ist der Wasserdurchfluss im Rohr umso größer, je stärker der Druck und je geringer der Widerstand des Rohres gegenüber der Wasserbewegung ist.
In einer populären Form lässt sich dieses Gesetz wie folgt formulieren: Je höher die Spannung bei gleichem Widerstand, desto höher der Strom, und gleichzeitig ist die Stromstärke umso geringer, je höher der Widerstand bei gleicher Spannung ist.
Um das Ohmsche Gesetz mathematisch möglichst einfach auszudrücken, wird der Widerstand eines Drahtes, der einen Strom von 1 A bei einer Spannung von 1 V durchfließt, als 1 Ohm betrachtet.
Der Strom in Ampere lässt sich immer ermitteln, indem man die Spannung in Volt durch den Widerstand in Ohm dividiert. Daher wird das Ohmsche Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises in der folgenden Formel geschrieben:
I = U / R.
Magisches Dreieck
Jeder Abschnitt oder jedes Element eines Stromkreises kann durch drei Eigenschaften charakterisiert werden: Strom, Spannung und Widerstand.
So verwenden Sie das Ohmsche Dreieck: Wir schließen den erforderlichen Wert – zwei weitere Symbole geben die Formel für seine Berechnung an. Übrigens heißt nur eine Formel aus dem Dreieck das Ohmsche Gesetz – diejenige, die die Abhängigkeit des Stroms von Spannung und Widerstand widerspiegelt. Die anderen beiden Formeln ergeben, obwohl sie Konsequenzen daraus sind, keinen physikalischen Sinn.
Berechnungen, die mit dem Ohmschen Gesetz für einen Stromkreisabschnitt durchgeführt werden, sind korrekt, wenn die Spannung in Volt, der Widerstand in Ohm und der Strom in Ampere angegeben sind. Wenn mehrere Einheiten dieser Größen verwendet werden (z. B. Milliampere, Millivolt, Megaohm usw.), müssen diese in Ampere, Volt bzw. Ohm umgerechnet werden. Um dies zu betonen, wird die Formel des Ohmschen Gesetzes für einen Abschnitt eines Stromkreises manchmal wie folgt geschrieben:
Ampere = Volt / Ohm
Sie können den Strom auch in Milliampere und Mikroampere berechnen, während die Spannung in Volt und der Widerstand in Kiloohm bzw. Megaohm ausgedrückt werden sollte.
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Das Ohmsche Gesetz gilt für jeden Abschnitt des Stromkreises. Wenn der Strom in einem bestimmten Abschnitt des Stromkreises bestimmt werden muss, muss die in diesem Abschnitt wirkende Spannung (Abb. 1) durch den Widerstand dieses Abschnitts geteilt werden.
Abbildung 1. Anwendung des Ohmschen Gesetzes auf einen Stromkreisabschnitt
Geben wir ein Beispiel für die Berechnung des Stroms nach dem Ohmschen Gesetz... Es sei erforderlich, den Strom in einer Lampe mit einem Widerstand von 2,5 Ohm zu bestimmen, wenn die an die Lampe angelegte Spannung 5 V beträgt. Teilen von 5 V durch 2,5 Ohm erhalten wir einen Stromwert von 2 A. Im zweiten Beispiel bestimmen wir den Strom, der unter dem Einfluss einer Spannung von 500 V in einem Stromkreis fließt, dessen Widerstand 0,5 MΩ beträgt. Dazu geben wir den Widerstand in Ohm an. Wenn wir 500 V durch 500.000 Ohm dividieren, erhalten wir den Strom im Stromkreis, der 0,001 A oder 1 mA beträgt.
Bei Kenntnis des Stroms und des Widerstands wird die Spannung häufig mithilfe des Ohmschen Gesetzes bestimmt. Schreiben wir die Formel zur Bestimmung der Spannung
U = IR
Diese Formel zeigt, dass die Spannung an den Enden eines bestimmten Abschnitts des Stromkreises direkt proportional zum Strom und zum Widerstand ist... Die Bedeutung dieser Abhängigkeit ist nicht schwer zu verstehen.Ändert sich der Widerstand des Schaltungsabschnitts nicht, kann der Strom nur durch Erhöhung der Spannung erhöht werden. Das bedeutet, dass bei konstantem Widerstand ein größerer Strom einer größeren Spannung entspricht. Wenn es notwendig ist, bei unterschiedlichen Widerständen den gleichen Strom zu erhalten, muss bei einem höheren Widerstand eine entsprechend höhere Spannung anliegen.
Die Spannung über einem Abschnitt eines Stromkreises wird oft als Spannungsabfall bezeichnet. Dies führt oft zu Missverständnissen. Viele Leute denken, dass ein Spannungsabfall eine unnötige Verschwendung von Spannung ist. In Wirklichkeit sind die Konzepte Spannung und Spannungsabfall gleichwertig. Verluste und Spannungsabfälle – was ist der Unterschied?
Unter Spannungsabfall versteht man den allmählichen Spannungsabfall über einem stromführenden Stromkreis aufgrund der Tatsache, dass der Stromkreis über einen aktiven Widerstand verfügt. Nach dem Ohmschen Gesetz ist der Spannungsabfall in jedem Abschnitt des Stromkreises U gleich dem Produkt aus dem Widerstand dieses Abschnitts des Stromkreises R und dem Strom darin I, d.h. U – RI. Je größer also der Widerstand eines Abschnitts des Stromkreises ist, desto größer ist der Spannungsabfall in diesem Abschnitt des Stromkreises für einen bestimmten Strom.
Die Berechnung der Spannung nach dem Ohmschen Gesetz kann im folgenden Beispiel gezeigt werden. Lassen Sie einen Strom von 5 mA durch einen Abschnitt des Stromkreises mit einem Widerstand von 10 kOhm fließen, und es ist notwendig, die Spannung in diesem Abschnitt zu bestimmen.
Durch Multiplikation von A = 0,005 A mit R – 10000 Ω erhalten wir eine Spannung von 50 V. Das gleiche Ergebnis erhält man durch Multiplikation von 5 mA mit 10 kΩ: U = 50 Zoll
In elektronischen Geräten wird der Strom üblicherweise in Milliampere und der Widerstand in Kiloohm angegeben.Daher ist es sinnvoll, bei Berechnungen nach dem Ohmschen Gesetz genau diese Maßeinheiten zu verwenden.
Das Ohmsche Gesetz berechnet auch den Widerstand, wenn Spannung und Strom bekannt sind. Die Formel für diesen Fall lautet wie folgt: R = U / I.
Der Widerstand ist immer das Verhältnis von Spannung zu Strom. Wenn die Spannung mehrmals erhöht oder verringert wird, erhöht oder verringert sich der Strom um die gleiche Anzahl. Das Spannungs-Strom-Verhältnis gleich dem Widerstand bleibt unverändert.
Die Formel zur Widerstandsbestimmung ist nicht so zu verstehen, dass der Widerstand eines bestimmten Leiters von Strom und Spannung abhängt. Sie hängt bekanntermaßen von der Länge, der Querschnittsfläche und dem Material des Drahtes ab. Die Formel zur Widerstandsbestimmung ähnelt optisch der Formel zur Stromberechnung, es gibt jedoch einen grundlegenden Unterschied zwischen ihnen.
Der Strom in einem bestimmten Abschnitt des Stromkreises hängt wirklich von der Spannung und dem Widerstand ab und ändert sich, wenn sie sich ändern. Und der Widerstand dieses Abschnitts des Stromkreises ist ein konstanter Wert, der nicht von Spannungs- und Stromänderungen abhängt, sondern dem Verhältnis dieser Werte entspricht.
Wenn in zwei Abschnitten des Stromkreises der gleiche Strom fließt und die an ihnen angelegten Spannungen unterschiedlich sind, ist klar, dass der Abschnitt, an dem die größere Spannung anliegt, einen entsprechend größeren Widerstand hat.
Und wenn unter Einwirkung der gleichen Spannung in zwei verschiedenen Abschnitten des Stromkreises ein unterschiedlicher Strom fließt, dann gibt es in diesem Abschnitt immer einen kleineren Strom, der einen größeren Widerstand hat.All dies ergibt sich aus der Grundformulierung des Ohmschen Gesetzes für einen Stromkreisabschnitt, also aus der Tatsache, dass je größer der Strom, desto größer die Spannung und desto geringer der Widerstand.
Die Berechnung des Widerstands mithilfe des Ohmschen Gesetzes für einen Abschnitt eines Stromkreises wird im folgenden Beispiel gezeigt. Es soll der Widerstand des Abschnitts ermittelt werden, durch den ein Strom von 50 mA bei einer Spannung von 40 V fließt. Ausdrücken des Stroms in Ampere erhalten wir I = 0,05 A. Teilen Sie 40 durch 0,05 und stellen Sie fest, dass der Widerstand 800 Ohm beträgt.
Das Ohmsche Gesetz lässt sich in Form der sogenannten Strom-Spannungs-Kennlinie visualisieren... Wie Sie wissen, ist der direkt proportionale Zusammenhang zwischen zwei Größen eine Gerade, die durch den Ursprung geht. Diese Abhängigkeit wird üblicherweise als linear bezeichnet.
In Abb. In Abb. 2 ist ein Beispieldiagramm des Ohmschen Gesetzes für einen Stromkreisabschnitt mit einem Widerstand von 100 Ohm dargestellt. Die horizontale Achse ist die Spannung in Volt und die vertikale Achse ist der Strom in Ampere. Die Strom- und Spannungsskala ist frei wählbar. Eine gerade Linie wird so gezeichnet, dass für jeden ihrer Punkte das Spannungs-Strom-Verhältnis 100 Ohm beträgt. Wenn beispielsweise U = 50 V, dann I = 0,5 A und R = 50: 0,5 = 100 Ohm.
Reis. 2… Ohmsches Gesetz (Strom-Spannungs-Charakteristik)
Der Graph des Ohmschen Gesetzes für negative Strom- und Spannungswerte ist derselbe. Dies bedeutet, dass der Strom im Stromkreis in beide Richtungen gleich fließt. Je größer der Widerstand, desto weniger Strom wird bei gegebener Spannung erhalten und desto vorsichtiger verläuft die Gerade.
Geräte, bei denen die Strom-Spannungs-Kennlinie eine Gerade durch den Startpunkt ist, das heißt, der Widerstand bleibt bei Spannungs- oder Stromänderungen konstant, nennt man lineare Geräte... Es werden auch die Begriffe lineare Schaltkreise, lineare Widerstände verwendet.
Es gibt auch Geräte, bei denen sich der Widerstand ändert, wenn sich Spannung oder Strom ändern. Dann wird der Zusammenhang zwischen Strom und Spannung nicht nach dem Ohmschen Gesetz ausgedrückt, sondern auf komplexere Weise. Bei solchen Geräten ist die Strom-Spannungs-Kennlinie keine gerade Linie durch den Startpunkt, sondern entweder eine Kurve oder eine gestrichelte Linie. Diese Geräte werden als nichtlinear bezeichnet.
Siehe auch zu diesem Thema: Anwendung des Ohmschen Gesetzes in der Praxis
