Ohmin laki

sähköopin laki

Ohmin laki on saksalaisen Georg Simon Ohmin vuonna 1826 esittämä sähköopin laki[1], jonka mukaan johtimessa (vastuksessa) kulkeva sähkövirta on suoraan verrannollinen johtimen päiden välillä vaikuttavaan jännitteeseen . Verrannaisuuskerroin on johtimelle ominainen vakio, konduktanssi eli sähkönjohtavuus. Tällöin Ohmin laki kirjoitetaan muotoon

Virtapiiri, jossa 100 ohmin vastus on kytketty 24 voltin jännitelähteeseen, jolloin virtapiirissä kulkee Ohmin lain mukainen 0,24 ampeerin virta.
Ohmin laki -muistikolmio

missä I on sähkövirta ampeereina, U jännite voltteina ja G konduktanssi, jonka yksikkö on siemens.

Yleisimmin Ohmin laki kirjoitetaan kuitenkin muotoon

missä U on jännite, R on johtimen (tai yleisemmin vastuksen) resistanssi eli sähkövastus ja I on piirissä kulkeva virta.[2] Tätä muotoa käytetään, koska sähkötekniikassa puhutaan konduktanssin sijaan usein resistanssista, joka on konduktanssin käänteisarvo (). Resistanssin yksikkö on ohmi (Ω).

Ohmin lain mukaan resistiivisen virtapiirin läpi kulkeva virta on siis sitä suurempi, mitä suurempi jännite johtimen päiden välillä vaikuttaa - jännite on suoraan verrannollinen virran suuruuteen. Tällaisessa piirissä kulkeva sähkövirta taasen on sitä pienempi, mitä suurempi resistanssi piirissä on, eli sähkövirta on kääntäen verrannollinen resistanssin suuruuteen.

Ohmin laki vaihtovirralleMuokkaa

Ohmin laki voidaan yleistää myös vaihtovirralle. Tällöin se saa muodon

 

missä suure Z on piirin impedanssi.

Vaihtosähkötekniikassa resistanssin sijaan puhutaan siis impedanssista, johon piirin resistanssin lisäksi vaikuttaa myös piirin reaktanssi. Vaihtovirran tapauksessa U, Z ja I kuvataan usein kompleksilukuina.

Piirin laitteiden aiheuttama reaktanssi aiheuttaa virran ja jännitteen välille vaihe-eron, (vaihesiirtokulma). Reaktanssin suuruus riippuu komponenttien kapasitanssista ja induktanssista sekä vaihtovirran taajuudesta.

Ohmin laki epälineaarisilla komponenteillaMuokkaa

Ohmin laki on alun perin kokeellisesti johdettu yhtälö ja se pätee täsmällisesti vain ideaalisilla vastuksilla. Laki toimii hyvänä approksimaationa yleisimmille johdinmateriaaleille. Suureiden suhde on joissakin käytännön komponenteissa voimakkaankin epälineaarinen. Esimerkiksi puolijohdekomponentit kuten diodit ovat hyvin epälineaarisia eikä Ohmin laki päde siinä tapauksessa laajalla jännite- ja virta-alueella. Voidaan kuitenkin puhua dynaamisesta eli differentiaalisesta resistanssista Rd pienellä jännitevaihtelualueella: Rd = dU/dI.[3]

LähteetMuokkaa

  1. Lindell, Ismo: Sähkön pitkä historia, s. 148–153. "Ohmin laki", "Ohmin työn vastaanotto", "Ohmin laki hyväksytään", "Ohmin lain merkitys". Helsinki: Otatieto, 2009. ISBN 978-951-672-358-0.
  2. Voipio, Erkki: Sähkö- ja magneettikentät, s. 11–17. Moniste 381. Espoo: Otakustantamo, 1987. ISBN 951-672-038-2.
  3. Resistanssi ja Ohmin laki. Sähköteho; Opettajien laboratoriokurssit, syksy 2015; Helsingin yliopisto

Aiheesta muuallaMuokkaa

KirjallisuuttaMuokkaa

  • Voipio, Erkki: Virtapiirit ja verkot. Helsinki: Otatieto, 2001 (1976). ISBN 951-672-082-X.