Ohm'sches Gesetz wurde von einem deutschen Physiker gegeben Georg Simon Ohm . Es gibt die Beziehung zwischen Strom, Widerstand und Spannung in einem Stromkreis an. Diese Beziehung zwischen Strom I, Spannung V und Widerstand R wurde 1827 vom berühmten deutschen Wissenschaftler Georg Simon Ohm angegeben. Bei seinem Experiment stellte er fest, dass das Produkt aus dem durch den Leiter fließenden Strom und dem Widerstand des Leiters den Spannungsabfall bestimmt Dieser Leiter im Stromkreis.

In diesem Artikel werden wir das Konzept des Ohmschen Gesetzes im Detail untersuchen, einschließlich aller im folgenden Inhaltsverzeichnis genannten Themen.

Definition des Ohmschen Gesetzes

Das Ohmsche Gesetz besagt, dass die Spannung an einem Leiter direkt proportional zum durch ihn fließenden Strom ist, sofern alle physikalischen Bedingungen und Temperaturen konstant bleiben.

Daher ist nach dem Ohmschen Gesetz der durch den Leiter fließende Strom direkt proportional zur Spannung im Stromkreis, d. h. V ∝ I. Da das Ohmsche Gesetz die grundlegende Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem Strom durch den Leiter herstellt, gilt es als das Grundgesetz, das uns bei der Handhabung elektrischer Schaltkreise hilft. Das Ohmsche Gesetz besagt, dass der Strom einem linearen Verhältnis zur Spannung folgt.

Erklärung des Ohmschen Gesetzes

Das Ohmsche Gesetz ist eines der Grundgesetze der Elektrostatik, das besagt, dass die Spannung an jedem Leiter direkt proportional zum in diesem Leiter fließenden Strom ist. Wir können diese Bedingung definieren als:

V ∝ I

Entfernen des Verhältnismäßigkeitszeichens,

V = RI

Wo R ist die Proportionalitätskonstante und wird Widerstand des Materials genannt. Der Widerstand des Materials wird berechnet als:

R = V/I

Der Widerstand wird in Ohm gemessen. Es wird mit dem Symbol Ω bezeichnet.

Formel des Ohmschen Gesetzes

Unter der Voraussetzung, dass alle physikalischen Parameter und Temperaturen konstant bleiben, besagt das Ohmsche Gesetz, dass die Spannung an einem Leiter direkt proportional zum durch ihn fließenden Strom ist.

Das Ohmsche Gesetz lautet:

V ∝ I

ODER

V = I × R

Wo,

• R ist die Proportionalitätskonstante, bekannt als Widerstand,
• IN ist die angelegte Spannung und
• ICH ist der Strom, der durch den Stromkreis fließt.

Die obige Formel kann wie folgt umgestellt werden, um auch Strom und Widerstand zu berechnen:

Nach dem Ohmschen Gesetz beträgt der durch den Leiter fließende Strom:

I = V / R

Ebenso kann Widerstand definiert werden als:

R = V / I

Diagramm des Ohmschen Gesetzes

Das Ohmsche Gesetz gilt, wenn physikalische Bedingungen wie Temperatur und andere konstant sind. Dies liegt daran, dass der durch den Stromkreis fließende Strom je nach Temperatur schwankt. Wenn daher physikalische Faktoren wie die Temperatur eine Rolle spielen, verstößt das Ohmsche Gesetz gegen das Ohmsche Gesetz. Zum Beispiel im Fall einer Glühbirne, bei der die Temperatur steigt, wenn der durch sie fließende Strom steigt. Hier gilt das Ohmsche Gesetz nicht.

Das Diagramm für einen ohmschen Stromkreis wird im Bild unten erläutert.

Diagramm des Ohmschen Gesetzes

Einheit zum Ohmschen Gesetz

Mit dem Ohmschen Gesetz sind drei physikalische Größen verbunden, darunter:

• Aktuell
• Stromspannung
• Widerstand

Die unten hinzugefügte Tabelle zeigt die verschiedenen Symbole und ihre verwendeten Einheiten.

Gleichungen des Ohmschen Gesetzes

Das Ohmsche Gesetz liefert drei Gleichungen:

• V = I × R
• I = V / R
• R = V / I

Wo,

• IN ist die Spannung,
• ICH ist der aktuelle, und
• R ist der Widerstand.

Zusammenhang zwischen Spannung, Strom und Widerstand: Ohmsches Gesetz

Der Zusammenhang zwischen Spannung, Strom und Widerstand lässt sich leicht anhand der Formel untersuchen:

V = IR

Wo,

• IN ist die Spannung,
• ICH ist der Widerstand, und
• R ist der Widerstand.

Wir können diese Formel mit Hilfe der unten besprochenen Tabelle studieren:

Dreieck des Ohmschen Gesetzes

Das Ohmsche Gesetz-Dreieck ist eine visuelle Darstellung zum Verständnis und Erlernen der Beziehung des Ohmschen Gesetzes zwischen Spannung, Strom und Widerstand. Dieses Tool hilft Ingenieuren, sich die Reihenfolge der Beziehung zwischen den drei Hauptaspekten zu merken: Strom (I), Spannung (V) und Widerstand (R).

Dreieck des Ohmschen Gesetzes

Vektorform des Ohmschen Gesetzes

Die Beziehung zwischen Strom und Spannung wird durch das Ohmsche Gesetz bestimmt und seine Vektorform ist:

Wo,

• ist der aktuelle Dichtevektor,
• ist der elektrische Feldvektor und
• P ist die Leitfähigkeit des Materials.

Widerstand

Das Hindernis, dem die Elektronen bei ihrer Bewegung in einem beliebigen Material ausgesetzt sind, wird als spezifischer Widerstand des Materials bezeichnet.

Ein Widerstand mit der Länge „l“ und der Querschnittsfläche „A“ habe einen Widerstandswert von R. Dann wissen wir:

Der Widerstand ist direkt proportional zur Länge des Widerstands, d. h. R ∝ l, . . .(1)

Der Widerstand ist umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche des Widerstands, d. h. R ∝ 1/A . . .(2)

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Kombinieren von Gl. (1) und Gl.(2)

R = ρl / A

Wo R ist die Proportionalitätskonstante, die als Widerstandskoeffizient oder spezifischer Widerstand bezeichnet wird.

Wenn nun L = 1m und A = 1 m², in der obigen Formel erhalten wir,

R = ρ

Dies bedeutet für einen Widerstand von 1 m Länge und 1 m Querschnittsfläche²Der Widerstand wird als spezifischer Widerstand des Materials bezeichnet.

Experimentelle Überprüfung des Ohmschen Gesetzes

Die Überprüfung des Ohmschen Gesetzes erfolgt durch die Durchführung des folgenden Experiments.

Geräte erforderlich

Die für die Durchführung des Experiments zur Verifizierung des Ohmschen Gesetzes erforderlichen Geräte sind:

• Widerstand
• Amperemeter
• Voltmeter
• Batterie
• Steckschlüssel
• Rheostat

Schaltplan

Das Schaltbild für die experimentelle Überprüfung des Ohmschen Gesetzes ist im Diagramm unten dargestellt:

Schaltplan des Ohmschen Gesetzes

Verfahren

Das Verfahren zur experimentellen Überprüfung des Ohmschen Gesetzes ist unten aufgeführt:

• Der Schlüssel K wird zunächst geschlossen und der Rheostat so eingestellt, dass der Messwert im Amperemeter A und im Voltmeter V minimal ist.
• Anschließend wird der Strom im Stromkreis durch Einstellen des Rheostaten erhöht und der Strom bei verschiedenen Werten des Rheostaten und deren jeweilige Spannung aufgezeichnet.
• Berechnen Sie nun für verschiedene Werte von Spannung (V) und Strom (I) das Verhältnis von V/I.
• Nachdem wir alle Verhältnisse von V/I für verschiedene Spannungs- und Stromwerte berechnet haben, stellen wir fest, dass der Wert nahezu konstant ist.
• Wenn wir nun den Strom gegen die Potentialdifferenz grafisch darstellen, erhalten wir eine gerade Linie. Dies zeigt, dass der Strom direkt proportional zur Potentialdifferenz ist und seine Steigung dem Widerstand des Drahtes entspricht.

Kreisdiagramm zum Ohmschen Gesetz

Um die Beziehung zwischen verschiedenen Parametern besser zu verstehen, können wir alle Gleichungen, die zur Ermittlung von Spannung, Strom, Widerstand und Leistung verwendet werden, in ein einfaches Kreisdiagramm nach dem Ohmschen Gesetz zusammenfassen, wie unten gezeigt:

Kreisdiagramm des Ohmschen Gesetzes

Matrixtabelle des Ohmschen Gesetzes

Wie das oben gezeigte Kreisdiagramm des Ohmschen Gesetzes können wir die einzelnen Gleichungen des Ohmschen Gesetzes in einer einfachen Matrixtabelle zusammenfassen, wie unten gezeigt, um sie bei der Berechnung eines unbekannten Werts leichter nachschlagen zu können.

Matrixtabelle des Ohmschen Gesetzes

Anwendungen des Ohmschen Gesetzes

Wenn die anderen beiden Zahlen bekannt sind, kann das Ohmsche Gesetz verwendet werden, um die Spannung, den Strom, die Impedanz oder den Widerstand eines linearen Stromkreises zu bestimmen.

Hauptanwendungen des Ohmschen Gesetzes:

• Es vereinfacht auch die Leistungsberechnungen.
• Um den gewünschten Spannungsabfall zwischen den elektrischen Komponenten aufrechtzuerhalten, wird das Ohmsche Gesetz angewendet.
• Spannung, Widerstand oder Strom eines Stromkreises müssen bestimmt werden.
• Das Ohmsche Gesetz wird auch zur Stromumleitung in Gleichstrom-Amperemetern und anderen Gleichstrom-Shunts genutzt.

Wie stellt man eine Strom-Spannungs-Beziehung her?

Das Verhältnis V ⁄ I bleibt für einen gegebenen Widerstand beim Herstellen der Strom-Spannungs-Verbindung konstant, daher muss ein Diagramm der Potentialdifferenz (V) und des Stroms (I) eine gerade Linie sein.

Wie können wir die unbekannten Widerstandswerte herausfinden?

Das konstante Verhältnis bestimmt die unbekannten Widerstandswerte. Der Widerstand eines Drahtes mit einheitlichem Querschnitt hängt von der Länge (L) und der Querschnittsfläche (A) ab. Es hängt auch von der Temperatur des Leiters ab.

Der Widerstand bei einer bestimmten Temperatur

R = ρ L ⁄ A

Wo,
R ist der spezifische Widerstand oder spezifische Widerstand und ist die Eigenschaft des Drahtmaterials.

Der spezifische Widerstand oder spezifische Widerstand des Drahtmaterials ist:

ρ = R A ⁄ L

Berechnung der elektrischen Leistung mithilfe des Ohmschen Gesetzes

Wir definieren elektrische Leistung als die Leistung, die elektrische Ladungen benötigen, um verschiedene Arbeiten auszuführen. Der Verbrauch elektrischer Energie wird als elektrische Leistung bezeichnet. Die Einheit zur Messung der elektrischen Leistung ist das Watt. Mit dem Ohmschen Gesetz können wir die Leistung des Stromkreises leicht ermitteln. Die Formel zur Berechnung der elektrischen Leistung lautet:

P = VI

Wo,

P ist die Leistung des Stromkreises, V ist die Spannung am Stromkreis und I ist der Strom, der durch den Stromkreis fließt.

Wir wissen, dass unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes

V = IR

Mit der Potenzformel erhalten wir:

P = V²/R

P = I²R

Einschränkungen des Ohmschen Gesetzes

Verschiedene Einschränkungen des Ohmschen Gesetzes sind:

• Das Ohmsche Gesetz gilt nicht für einseitige Netzwerke. In einseitigen Netzen kann der Strom nur in eine Richtung fließen. In solchen Netzwerken werden Dioden, Transistoren und andere elektronische Komponenten verwendet.
• Nichtlineare Komponenten sind ebenfalls vom Ohmschen Gesetz ausgenommen. Nichtlineare Komponenten haben einen Strom, der nicht proportional zur angelegten Spannung ist, was bedeutet, dass der Widerstandswert dieser Elemente je nach Spannung und Strom variiert. Der Thyristor ist ein Beispiel für ein nichtlineares Element.

Analogien des Ohmschen Gesetzes

In der Vergangenheit wurden verschiedene Analogien zur Erklärung des Ohmschen Gesetzes angeführt. Einige der häufigsten Analogien sind:

• Wasserrohr-Analogie
• Temperaturanalogie

Lassen Sie uns diese Analogien im Detail besprechen.

Wasserpfeifen-Analogie für das Ohmsche Gesetz

Wir wissen, dass der durch einen Stromkreis fließende Strom von der angelegten Spannung und dem Widerstand des Stromkreises abhängt. Aber wir können den Strom sehen, der durch den Stromkreis fließt. Um ihn besser zu verstehen, verwenden wir die Wasserrohr-Analogie, in der das fließende Wasser den Strom darstellt, und wir können das Ohmsche Gesetz mithilfe dieses Konzepts verstehen.

Durch die Rohre fließendes Wasser ähnelt dem Strom, der durch den Stromkreis fließt. Wir wissen, dass in einem Stromkreis Spannung erforderlich ist, um den Strom im Stromkreis auf die gleiche Weise zu bewegen. Der Druck im Wasserleitungssystem sorgt dafür, dass das Wasser problemlos im System fließen kann.

Wenn der Druck erhöht wird, fließt mehr Wasser durch das Rohr, was dem Ohmschen Gesetz ähnelt, das besagt, dass bei erhöhter Spannung mehr Strom durch den Stromkreis fließt.

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Temperaturanalogie

Ebenso kann ein Temperaturkreis auch mit einem ohmschen Leiter verglichen werden. Hier funktioniert der Temperaturgradient ähnlich wie die Spannung und der Wärmefluss ähnlich wie der Strom.

Mehr lesen,

• Widerstand
• Faktoren, die den Widerstand beeinflussen
• Selbstinduktivität

Gelöste Beispiele zum Ohmschen Gesetz

Beispiel 1: Ermitteln Sie den Widerstand eines Stromkreises mit einer Spannungsversorgung von 15 V und einem Strom von 3 mA.

Lösung:

Gegeben:

V = 15 V,

I = 3 mA = 0,003 A

Der Widerstand eines Stromkreises wird angegeben als:

⇒ R = V / I

⇒ R = 15 V / 0,003 A
⇒ R = 5000 Ω
⇒ R = 5 kΩ

Daher beträgt der Widerstand eines Stromkreises 5 kΩ .

Beispiel 2: Wenn der Widerstand eines Bügeleisens 10 Ω beträgt und ein Strom von 6 A durch den Widerstand fließt. Finden Sie die Spannung zwischen zwei Punkten.

Lösung:

Gegeben:

I = 6 A, R = 10 Ω

Die Formel zur Berechnung der Spannung lautet:

V = I × R

⇒ V = 6 A × 10 Ω
⇒ V = 60 V

Daher beträgt die Spannung zwischen zwei Punkten 60 V .

Beispiel 3: Finden Sie den Strom, der durch den Leiter fließt und 20 Volt verbraucht, wenn die von ihm aufgenommene Leistung 60 Watt beträgt.

Lösung:

Nach Ohm’s P = VI

Gegeben sei P = 60 Watt, V = 20 Volt

⇒ I = P/V
⇒ I = 60/20
⇒ I = 3 A

Daher ist der Strom, der durch den Leiter fließt 3 A

Beispiel 4: Eine Batterie mit 6 V wird an die Glühbirne mit einem Widerstand von 4 Ω angeschlossen. Finden Sie den Strom, der durch die Glühbirne fließt, und die Leistung des Stromkreises.

Lösung:

Gegeben,
V=6V
R = 4 Ω

Wir wissen das,

V = IR (Ohmsches Gesetz)

⇒ 6 = 4R

⇒ I = 6 ÷ 4 = 1,5 A

⇒ I = 1,5 A

Der durch die Glühlampe fließende Strom beträgt somit 1,5 A

Für die Leistung der Schaltung

P = VI

⇒ P = (6)(1,5)

⇒ P = 9 Watt

Somit beträgt die Leistung der Schaltung 9 Watt.

FAQs zum Ohmschen Gesetz

F1: Was ist das Ohmsche Gesetz?

Antwort:

Gemäß dem Ohmschen Gesetz ist der durch den Leiter fließende Strom direkt proportional zur Potenzialdifferenz am Ende des Leiters, sofern sich die Temperatur und andere physikalische Bedingungen nicht ändern.

F2: Wer hat das Ohmsche Gesetz entdeckt?

Antwort:

Der deutsche Physiker Georg Simon Ohm war der Erste, der das Ohmsche Gesetz erklärte. Er erklärte, dass der durch den Leiter fließende Strom direkt proportional zur angelegten Spannung sei.

F3: Ist das Ohmsche Gesetz universell anwendbar?

Antwort:

Nein, das Ohmsche Gesetz ist kein universelles Gesetz, da es nicht auf alle Stromkreise anwendbar ist.

• Die Schaltkreise, die dem Ohmschen Gesetz gehorchen, werden Ohmsche Schaltkreise genannt
• Die Schaltkreise, die nicht dem Ohmschen Gesetz gehorchen, werden als nicht-ohmsche Schaltkreise bezeichnet

F4: Wann wurde das Ohmsche Gesetz entdeckt?

Antwort:

Ohm’s law was first stated by Georg Simon Ohm in his book Die Galvanische Kette, Mathematisch Bearbeitet in the year 1827.

F5: Was ist die Einheit des Widerstands?

Antwort:

Die SI-Einheit des Widerstands ist Ohm. Es wird mit Ω bezeichnet.

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F6: Wie lautet die Dimensionsformel für Widerstand?

Antwort:

Die Dimensionsformel für den Widerstand lautet [M¹L²T^-3ICH^-2]

F7: Warum gilt das Ohmsche Gesetz nicht für Halbleiter?

Antwort:

Halbleiterbauelemente sind von Natur aus nichtlinear, weshalb das Ohmsche Gesetz auf sie nicht anwendbar ist. Dies weist darauf hin, dass das Spannungs-Strom-Verhältnis bei Spannungsschwankungen nicht konstant bleibt.

F8: Wann versagt das Ohmsche Gesetz?

Antwort:

Das Verhalten von Halbleitern und einseitigen Bauelementen wie Dioden definiert das Ohmsche Gesetz. Wenn physikalische Faktoren wie Temperatur und Druck nicht konstant gehalten werden, führt das Ohmsche Gesetz möglicherweise nicht zu den beabsichtigten Wirkungen.