Ohm Yasası – Gerilim, Akım ve Direnç Nasıl İlişkili?

Akım, gerilim ve direnç arasındaki ilk ve belki de en önemlisi, Ohm Yasası olarak adlandırılır ve Georg Simon Ohm tarafından keşfedilir ve 1827 tarihli makalesi The Galvanic Circuit Investigated Mathematically‘de yayınlandı.

Gerilim, Akım ve Direnç

Elektrik yükünün sürekli hareket etmesine izin vermek için iletken bir yol oluşturulduğunda bir elektrik devresi oluşur. Bir devrenin iletkenleri boyunca elektrik yükünün bu sürekli hareketine akım denir ve genellikle bir sıvının içi boş bir borudaki akışı gibi “akış” olarak anılır.

Yük taşıyıcılarını bir devrede “akmaya” motive eden kuvvete voltaj denir . Gerilim, iki nokta arasında her zaman göreceli olan belirli bir potansiyel enerji ölçüsüdür.

Bir devrede belirli bir miktarda voltajın mevcut olduğundan bahsettiğimizde, yük taşıyıcılarını o devrede belirli bir noktadan başka bir belirli noktaya taşımak için ne kadar potansiyel enerji bulunduğunun ölçümüne atıfta bulunuyoruz . İki belirli noktaya atıfta bulunulmadan , “voltaj” teriminin hiçbir anlamı yoktur.

Akım, iletkenler arasında bir dereceye kadar sürtünme veya harekete karşı hareket etme eğilimindedir. Harekete karşı bu muhalefete daha doğru bir şekilde direniş denir . Bir devredeki akım miktarı, akım akışına karşı koymak için devrede voltaj miktarına ve direnç miktarına bağlıdır.

Tıpkı voltaj gibi direnç, iki nokta arasındaki göreceli bir niceliktir. Bu nedenle, voltaj ve direnç miktarları genellikle bir devredeki iki nokta “arasında” veya “çapraz” olarak belirtilir.


Ölçü Birimleri: Volt, Amp ve Ohm

Devrelerdeki bu nicelikler hakkında anlamlı ifadelerde bulunabilmek için, kütle, sıcaklık, hacim, uzunluk veya diğer herhangi bir fiziksel niceliği ölçebildiğimiz gibi, bunların miktarlarını da tanımlayabilmeliyiz. Kütle için “kilogram” veya “gram” birimlerini kullanabiliriz.

Sıcaklık için Fahrenheit veya Santigrat derece kullanabiliriz. Elektrik akımı, voltaj ve direnç için standart ölçü birimleri şunlardır:

Her miktar için verilen “sembol”, bir cebirsel denklemde bu miktarı temsil etmek için kullanılan standart alfabetik harftir. Bunun gibi standartlaştırılmış harfler, fizik ve mühendislik disiplinlerinde yaygındır ve uluslararası alanda tanınmaktadır.

Her miktar için “birim kısaltması”, belirli ölçü birimi için bir kısaltma notasyonu olarak kullanılan alfabetik sembolü temsil eder. Ve evet, bu tuhaf görünümlü “at nalı” sembolü büyük Yunan harfidir Ω, sadece yabancı alfabedeki bir karakter (buradaki Yunan okuyuculardan özür dileriz).

Her ölçü birimi, elektrikte ünlü bir deneycinin adını almıştır: Fransız Andre M. Ampere’den sonra amfi , İtalyan Alessandro Volta’dan sonra volt ve Alman Georg Simon Ohm’dan sonra ohm.

Her bir miktarın matematiksel sembolü de anlamlıdır. Direnç için “R” ve voltaj için “V” kendi kendini açıklayıcıdır, oysa akım için “I” biraz garip görünmektedir. “I” nın “Yoğunluğu” (yük akışının) temsil ettiği düşünülmektedir ve voltaj için diğer simge olan “E”, “Elektromotor kuvvet” i temsil etmektedir. Yapabildiğim araştırmaya göre, “I” kelimesinin anlamı konusunda bazı anlaşmazlıklar var gibi görünüyor.

“E” ve “V” sembolleri çoğunlukla birbirinin yerine kullanılabilir, ancak bazı metinler bir kaynaktaki (bir pil veya jeneratör gibi) voltajı temsil etmek için “E” yi ve başka herhangi bir şeydeki voltajı temsil etmek için “V” yi ayırır.

Bir miktarın (özellikle voltaj veya akım) kısa bir süre (“anlık” değer olarak adlandırılır) olarak tanımlandığı durumlar dışında, tüm bu semboller büyük harflerle ifade edilir. Örneğin, uzun bir süre boyunca kararlı olan bir pilin voltajı büyük “E” harfi ile sembolize edilirken, bir yıldırım çarpmasının elektrik hattına çarptığı anda meydana gelen voltaj tepe noktası büyük olasılıkla Bu değeri tek bir anda olarak belirtmek için küçük harf “e” (veya küçük harf “v”) ile sembolize edilmelidir.

Aynı küçük harf konvansiyonu akım için de geçerlidir, küçük harf “i” bir anda akımı temsil eder. Çoğu doğru akım (DC) ölçümleri, ancak, zaman içinde stabil olan, büyük harflerle sembolize edilecektir.


Coulomb ve Elektrik Yükü

Genellikle elektronik derslerinin başlangıcında öğretilen ancak daha sonra nadiren kullanılan temel bir elektriksel ölçüm birimi, dengesiz bir durumdaki elektron sayısıyla orantılı bir elektrik yükü ölçüsü olan coulomb birimidir. Bir coulomb yük 6.250.000.000.000.000.000 elektrona eşittir.

Elektrik yükü miktarı simgesi, büyük harf “C” ile kısaltılmış coulomb birimi ile büyük “Q” harfidir. Öyle ki, akım akışı birimi olan amp, 1 saniyede bir devrede belirli bir noktadan geçen 1 coulomb yüke eşittir. Bu terimlerle ifade edildiğinde, akım, bir iletken boyunca elektrik yükünün hareket hızıdır .

Daha önce belirtildiği gibi, voltaj, bir noktadan diğerine akım akışını motive etmek için mevcut olan birim yük başına potansiyel enerjinin ölçüsüdür . “Volt” un ne olduğunu kesin olarak tanımlamadan önce, “potansiyel enerji” dediğimiz bu miktarı nasıl ölçeceğimizi anlamalıyız. Her tür enerji için genel metrik birim joule olup, 1 metrelik bir hareketle (aynı yönde) uygulanan 1 Newton’luk bir kuvvetin gerçekleştirdiği iş miktarına eşittir.

İngiliz birimlerinde, bu, 1 fitlik bir mesafeye uygulanan 3/4 pound kuvvetten biraz daha azdır. Genel terimlerle ifade etmek gerekirse, yerden 3/4 pound ağırlığında 1 fit kaldırmak veya 3/4 poundluk paralel bir çekme kuvveti kullanarak 1 fitlik bir mesafeyi sürüklemek yaklaşık 1 joule enerji gerektirir. Bu bilimsel terimlerle tanımlanan 1 volt, 1 coulomb yük başına (bölü) 1 joule elektrik potansiyel enerjisine eşittir. Böylece, 9 voltluk bir pil, bir devreden geçen her bir coulomb yük için 9 joule enerji açığa çıkarır.

Elektriksel büyüklükler için bu birimler ve semboller , devrelerdeki aralarındaki ilişkileri keşfetmeye başladığımızda bilmek çok önemli hale gelecektir.


Ohm Kanunu Denklemi

Ohm’un temel keşfi, bir devredeki metal bir iletkenden geçen elektrik akımı miktarının, herhangi bir sıcaklık için, içinden etkilenen voltajla doğru orantılı olduğuydu. Ohm, keşfini voltaj, akım ve direncin birbiriyle nasıl ilişkili olduğunu açıklayan basit bir denklem şeklinde ifade etti:

Bu cebirsel ifadede, gerilim (E), akım (I) ile direnç (R) çarpımına eşittir. Cebir tekniklerini kullanarak, bu denklemi sırasıyla I ve R için çözerek iki varyasyona dönüştürebiliriz:


Basit Devreleri Ohm Yasası ile Analiz Etmek

Basit devreleri analiz etmemize yardımcı olmak için bu denklemlerin nasıl çalışabileceğini görelim:

Yukarıdaki devrede, yalnızca bir voltaj kaynağı (solda pil) ve akıma karşı yalnızca bir direnç kaynağı vardır (lamba, sağda). Bu, Ohm Yasasını uygulamayı çok kolaylaştırır. Bu devredeki üç nicelikten (voltaj, akım ve direnç) herhangi ikisinin değerini bilirsek, üçüncüyü belirlemek için Ohm Yasasını kullanabiliriz.

Bu ilk örnekte, voltaj (E) ve direnç (R) değerleri verilen bir devredeki akım (I) miktarını hesaplayacağız:

Bu devrede akım (I) miktarı nedir?

Bu ikinci örnekte, voltaj (E) ve akım (I) değerleri verilen bir devredeki direnç miktarını (R) hesaplayacağız:

Lambanın sunduğu direnç miktarı (R) nedir?

Son örnekte, akım (I) ve direnç (R) değerleri verilen bir pil tarafından sağlanan voltaj miktarını hesaplayacağız:

Pilin sağladığı voltaj miktarı nedir?


Ohm Yasası Üçgen Tekniği

Ohm Yasası, elektrik devrelerini analiz etmek için çok basit ve kullanışlı bir araçtır. Elektrik ve elektronik çalışmalarında o kadar sık ​​kullanılır ki ciddi öğrenci tarafından hafızaya alınması gerekir. Henüz cebir konusunda rahat olmayanlar için, diğer ikisi göz önüne alındığında, herhangi bir niceliğin nasıl çözüleceğini hatırlamanın bir püf noktası var.

Öncelikle, E, I ve R harflerini aşağıdaki gibi bir üçgen içinde düzenleyin:

E ve I’yi biliyorsanız ve R’yi belirlemek istiyorsanız, resimden R’yi ortadan kaldırın ve geriye ne kaldığını görün:

E ve R’yi biliyorsanız ve I’i belirlemek istiyorsanız, I’yi ortadan kaldırın ve geriye ne kaldığını görün:

Son olarak, I ve R’yi biliyorsanız ve E’yi belirlemek istiyorsanız, E’yi ortadan kaldırın ve geriye ne kaldığını görün:

Sonunda, elektrik ve elektroniği ciddi şekilde incelemek için cebire aşina olmanız gerekecek, ancak bu ipucu ilk hesaplamalarınızın hatırlanmasını biraz kolaylaştırabilir. Eğer cebir konusunda rahatsanız, yapmanız gereken tek şey hafızaya E = IR vermek ve diğer iki formülü ihtiyacınız olduğunda bundan türetmektir!


Kısaca:

  • Voltaj, “E” veya “V” harfleriyle sembolize edilen volt cinsinden ölçülür .
  • Akım, “I” harfi ile sembolize edilen amper cinsinden ölçülür .
  • Direnç, “R” harfi ile sembolize edilen ohm cinsinden ölçülür .
  • Ohm Yasası: E = IR; I = E / R; R = E / I