Skip to main content
Global

20.2: Sheria ya Ohm - Upinzani na Mizunguko rahisi

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    183478

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • Eleza asili ya sheria ya Ohm.
    • Tumia voltages, mikondo, au kupinga sheria ya Ohm.
    • Eleza nini nyenzo za ohmic ni.
    • Eleza mzunguko rahisi.

    Ni nini kinachoendesha sasa? Tunaweza kufikiria vifaa mbalimbali-kama vile betri, jenereta, maduka ya ukuta, na kadhalika-ambayo ni muhimu kudumisha sasa. Vifaa vyote vile huunda tofauti tofauti na hujulikana kwa uhuru kama vyanzo vya voltage. Wakati chanzo cha voltage kinaunganishwa na kondakta, inatumika tofauti tofauti\(V\) ambayo inajenga shamba la umeme. Shamba la umeme kwa upande wake lina nguvu juu ya mashtaka, na kusababisha sasa.

    Sheria ya Ohm

    Ya sasa ambayo inapita kupitia vitu vingi ni sawa sawa na voltage\(V\) inayotumiwa. Mwanafizikia wa Ujerumani Georg Simon Ohm (1787—1854) alikuwa wa kwanza kuonyesha majaribio kwamba sasa katika waya ya chuma ni sawia moja kwa moja na voltage inayotumika:

    \[I \propto V . \label{20.3.1}\]

    Uhusiano huu muhimu unajulikana kama sheria ya Ohm. Inaweza kutazamwa kama uhusiano wa sababu-na-athari, na voltage sababu na sasa athari. Hii ni sheria ya upimaji kama hiyo kwa msuguano-jambo la majaribio lililoonekana. Uhusiano huo wa mstari haufanyiki kila wakati.

    Upinzani na Circuits rahisi

    Ikiwa voltage inaendesha sasa, ni nini kinachozuia? Mali ya umeme ambayo huzuia sasa (sawa na msuguano na upinzani wa hewa) inaitwa upinzani\(R\). Migongano ya mashtaka ya kusonga na atomi na molekuli katika nishati ya kuhamisha dutu kwa dutu na kikomo sasa. Upinzani hufafanuliwa kama inversely sawia na sasa, au

    \[I \propto \frac{1}{R} . \label{20.3.2}\]

    Kwa hiyo, kwa mfano, sasa hukatwa kwa nusu ikiwa upinzani huongezeka mara mbili. Kuchanganya mahusiano ya sasa kwa voltage na sasa kwa upinzani inatoa

    \[I = \frac{V}{R} . \label{20.3.3}\]

    Uhusiano huu pia huitwa sheria ya Ohm. Sheria ya Ohm katika fomu hii inafafanua upinzani kwa vifaa fulani. Sheria ya Ohm (kama sheria ya Hooke) sio halali kabisa. Dutu nyingi ambazo sheria ya Ohm inashikilia huitwa ohmic. Hizi ni pamoja na watendaji mzuri kama shaba na alumini, na baadhi ya watendaji maskini chini ya hali fulani. Vifaa vya Ohmic vina upinzani\(R\) ambao ni huru ya voltage\(V\) na sasa\(I\). Kitu ambacho kina upinzani rahisi kinaitwa kupinga, hata kama upinzani wake ni mdogo. Kitengo cha upinzani ni ohm na kinapewa ishara\(\Omega\) (kesi ya juu ya Kigiriki omega). Kurejesha tena\(I = V/R\) hutoa\(R = V/I\), na hivyo vitengo vya upinzani ni 1 ohm = 1 volt kwa ampere:

    \[1 \Omega = 1 \frac{V}{A} . \label{20.3.4} \]

    Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kinaonyesha schematic kwa mzunguko rahisi. Mzunguko rahisi una chanzo kimoja cha voltage na kupinga moja. Wiring kuunganisha chanzo cha voltage kwa kupinga inaweza kudhani kuwa na upinzani usio na maana, au upinzani wao unaweza kuingizwa\(R\).

    Takwimu inaelezea mzunguko rahisi wa umeme na betri iliyounganishwa na upinzani R. mwelekeo wa sasa umeonyesha kuibuka kutoka terminal chanya ya betri ya V, kupita kwa njia ya kupinga, na kuingia terminal hasi ya betri. Ya sasa mimi katika mzunguko ni V imegawanywa na R, kusonga katika mwelekeo wa saa.
    Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Mzunguko rahisi wa umeme ambao njia iliyofungwa ya sasa inapita hutolewa na waendeshaji (kwa kawaida waya za chuma) kuunganisha mzigo kwenye vituo vya betri, inayowakilishwa na mistari nyekundu inayofanana. Ishara ya zigzag inawakilisha kupinga moja na inajumuisha upinzani wowote katika uhusiano na chanzo cha voltage.

    Mfano\(\PageIndex{1}\): Calculating Resistance: An Automobile Headlight:

    Je, ni upinzani gani wa kichwa cha gari kwa njia ambayo 2.50 A inapita wakati 12.0 V inatumika kwa hiyo?

    Mkakati

    Tunaweza kupanga upya sheria ya Ohm kama ilivyoelezwa\(I = V/R\) na na kuitumia ili kupata upinzani.

    Suluhisho:

    Kupanga upya Equation\ ref {20.3.3} na kubadilisha maadili inayojulikana inatoa

    \[\begin{align*} R &= \frac{V}{I} \\[5pt] &= \frac{12.0 V}{2.50 A} \\[5pt] &= 4.80 \Omega . \end{align*}\]

    Majadiliano:

    Hii ni upinzani mdogo, lakini ni kubwa kuliko upinzani wa baridi wa kichwa. Kama tutakavyoona, upinzani wa metali kwa kawaida huongezeka kwa joto la kuongezeka, na hivyo bulb ina upinzani wa chini wakati inapowashwa kwanza na itavuta zaidi ya sasa wakati wa kipindi chake kifupi cha joto-up.

    Upinzani mbalimbali juu ya maagizo mengi ya ukubwa. Baadhi ya vihami vya kauri, kama vile wale waliotumiwa kuunga mkono mistari ya nguvu, wana upinzani wa\(10^{12} \Omega\) au zaidi. Mtu kavu anaweza kuwa na upinzani wa mkono-kwa-mguu wa\(10^{5} \Omega \), wakati upinzani wa moyo wa mwanadamu ni juu\(10^{3} \Omega\). Kipande cha mita cha muda mrefu cha waya wa shaba kikubwa cha kipenyo kinaweza kuwa na upinzani wa\(10^{-5} \Omega\), na superconductors hawana upinzani kabisa (sio ohmic). Upinzani unahusiana na sura ya kitu na nyenzo ambazo zinajumuisha, kama itaonekana katika Upinzani na Resistivity.

    Ufahamu wa ziada ni kupata kwa kutatua\(I = V/R\) kwa\(V\), kujitoa

    \[V = IR . \label{20.3.5}\]

    Maneno ya\(V\) yanaweza kutafsiriwa kama kushuka kwa voltage katika kupinga zinazozalishwa na chini ya sasa\(I\). \(IR\)Tone la maneno mara nyingi hutumiwa kwa voltage hii. Kwa mfano, headlight katika mfano ina\(IR\) tone la 12.0 V. voltage inapimwa kwa pointi mbalimbali katika mzunguko, itaonekana kuongezeka kwa chanzo cha voltage na kupungua kwa kupinga. Voltage ni sawa na shinikizo la maji. Chanzo cha voltage ni kama pampu, na kujenga tofauti ya shinikizo, na kusababisha sasa-mtiririko wa malipo. Kupinga ni kama bomba ambayo inapunguza shinikizo na mipaka mtiririko kwa sababu ya upinzani wake. Uhifadhi wa nishati una matokeo muhimu hapa. Chanzo cha voltage hutoa nishati (kusababisha uwanja wa umeme na sasa), na kupinga hubadilisha kwa fomu nyingine (kama vile nishati ya joto). Katika mzunguko rahisi (moja yenye kupinga moja rahisi), voltage inayotolewa na chanzo inalingana na kushuka kwa voltage katika kupinga, tangu\(PE = q \Delta V\), na sawa\(q\) inapita kupitia kila mmoja. Hivyo nishati inayotolewa na chanzo cha voltage na nishati iliyobadilishwa na kupinga ni sawa (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

    Takwimu inaonyesha mzunguko rahisi wa umeme. Betri imeunganishwa na kupinga na upinzani R, na voltmeter imeunganishwa kwenye kupinga. Mwelekeo wa sasa unaonyeshwa kuibuka kutoka kwenye terminal nzuri ya betri ya voltage V, kupita kupitia kupinga, na uingie terminal hasi ya betri, kwa mwelekeo wa saa. Voltage V katika mzunguko ni sawa na I R, ambayo ni sawa na volts 18.
    Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Kushuka kwa voltage kwenye kupinga katika mzunguko rahisi ni sawa na pato la voltage la betri.

    KUFANYA UHUSIANO: UHIFADHI WA NISHATI

    Katika mzunguko rahisi wa umeme, kupinga pekee hubadilisha nishati inayotolewa na chanzo kwa fomu nyingine. Uhifadhi wa nishati unathibitishwa hapa na ukweli kwamba nishati zote zinazotolewa na chanzo zinabadilishwa kuwa fomu nyingine na kupinga peke yake. Tutaona kwamba uhifadhi wa nishati ina maombi mengine muhimu katika nyaya na ni chombo chenye nguvu katika uchambuzi wa mzunguko.

    Muhtasari

    • Mzunguko rahisi ni moja ambayo kuna chanzo kimoja cha voltage na upinzani mmoja.
    • Taarifa moja ya sheria ya Ohm inatoa uhusiano kati ya sasa\(I\)\(V\), voltage, na upinzani\(R\) katika mzunguko rahisi kuwa\(I = \frac{V}{R}.\)
    • Upinzani una vitengo vya ohms (\(\Omega\)), kuhusiana na volts na amperes na\(1 \Omega = 1 V/A \).
    • Kuna voltage au\(IR\) kushuka kwa kupinga, unasababishwa na sasa inapita kwa njia hiyo, iliyotolewa na\(V = IR\).

    faharasa

    Sheria ya Ohm
    uhusiano wa kimapenzi unaosema kuwa sasa mimi ni sawa na tofauti tofauti V, V; mara nyingi huandikwa kama I = V/R, ambapo R ni upinzani
    upinzani
    mali ya umeme ambayo inazuia sasa; kwa vifaa vya ohmic, ni uwiano wa voltage hadi sasa, R = V/I
    ohm
    kitengo cha upinzani, kilichotolewa na 1Ω = 1 V/A
    ohmic
    aina ya nyenzo ambazo sheria ya Ohm halali
    mzunguko rahisi
    mzunguko na chanzo kimoja cha voltage na kupinga moja