Legea lui Ohm

Legea lui Ohm

Curentul

Un circuit electric este format atunci cand este construit un drum prin care electronii se pot deplasa continuu. Aceasta miscare continua de electroni prin firele unui circuit poarta numele curent, si adeseori este denumita "curgere", la fel precum curgerea lichidului dintr-o teava.

Tensiunea

Forta ce mentine "curgerea" electronilor prin circuit poarta numele de tensiune. Tensiunea este o marime specifica a energiei potentiale ce este tot timpul relativa intre doua puncte. Atunci cand vorbim despre o anumita cantitate de tensiune prezenta intr-un circuit, ne referim la cantitate de energie potentiala existenta pentru deplasarea electronilor dintr-un punct al circuitului intr-altul. Fara a face referinta la doua puncte distincte, termenul de "tensiune" nu are sens.

Rezistenta electrica

Electronii liberi tind sa se deplaseze prin conductori cu o anumita rezistenta sau opozitie la miscare din partea acestora. Aceasta opozitie poarta numele de rezistenta. Cantitatea de curent disponibila intr-un circuit depinde de cantitatea de tensiune disponibila pentru a impinge electronii, dar si de cantitatea de rezistenta prezenta in circuit.

Ca si in cazul tensiunii, rezistenta este o cantitate ce se masoara intre doua puncte distincte. Din acest motiv, se folosesc termenii de "intre" sau "la bornele" cand vorbim de tensiunea sau rezistenta dintre doua puncte ale unui circuit.

Unitatile de masura pentru tensiune, curent si rezistenta

Pentru a putea vorbi concret despre valorile acestor marimi intr-un circuit, trebuie sa putem descrie aceste cantitati in acelasi mod in care masuram temperatura, masa, distanta sau oricare alta marime fizica. Pentru masa, putem folosi "kilogramul" sau "gramul". Pentru temperatura, putem folosi grade Fahrenheit sau grade Celsius. In tabelul alaturat avem unitatile de masura standard pentru curentul electric, tensiune electrica si rezistenta:

"Simbolul" pentru fiecare marime este litera din alfabet folosita pentru reprezentarea marimii respective intr-o ecuatie algebrica. astfel de litere standard sunt folosite adesea in discipline precum fizica si ingineria, si sunt recunoscute la nivel international. "Unitatea de masura" pentru fiecare cantitate reprezinta simbolul alfabetic folosit pentru a prescurta notatia respectivei unitati de masura.

Fiecare unitate de masura poarta numele unei personalitati importante din domeniul electricitatii: amper-ul dupa Andre M. Ampere, volt-ul dupa Alessandro Volta, si ohm-ul dupa Georg Simon Ohm.

Valoarea instantanee a curentului si a tensiunii

Toate aceste valori sunt exprimate cu litere de tipar, exceptand cazurile in care o marime (in special tensiunea sau curentul) este exprimata in functie de o durata scurta de timp (numita valoarea instantanee). De exemplu, tensiunea unei baterii, fiind stabila pe o perioada lunga de timp, va fi simbolizata prin "E", pe cand tensiunea maxima atinsa de un fulger in momentul lovirii unei linii electrice va fi simbolizata cu litere mici, "e" (sau "v") pentru a desemna aceasta valoare ca existenta intr-un anumit moment in timp. aceeasi conventie se foloseste si in cazul curentului, litera "i" fiind folosita pentru a reprezenta curentul instantaneu. Majoritatea marimilor din curent continuu, fiind constante de-a lungul timpului, vor fi simbolizate cu litere mari (de tipar).

Coulomb-ul si sarcina electrica

O marime de baza in masuratorile electrice, predata adesea la inceputul cursurilor de electronica dar nefolosita mai tarziu, este Coulomb-ul, marimea sarcinii electrice proportionala cu numarul de electroni in stare de dezechilibru. O sarcina de un Coulomb este egala cu 6,25x10¹⁸ electroni. Simbolul marimii sarcinii electrice este litera Q, iar unitatea de masura, Coulombul, este abreviata prin C. Vedem prin urmare faptul ca unitate de masura pentru deplasarea electronilor, amperul, este egal cu o cantitate de electroni egala cu 1 Coulomb ce se deplaseaza printr-un punct al circuitului intr-un interval de 1 secunda. Pe scurt, curentul este gradul de deplasare al sarcinii electrice printr-un conductor.

Joule-ul si energia electrica

Dupa cum am mai spus, tensiunea este marimea energiei potentiale pe unitatea de sarcina disponibila pentru motivarea electronilor dintr-un punct in altul. Inainte de a putea da o definitie exacta a "volt"-ului, trebuie sa intelegem cum putem masura aceasta cantitate pe care o numim "energie potentiala". Unitatea generala pentru orice tip de energie este Joule-ul, egal cu lucrul mecanic efectuat de o forta de 1 Newton pentru a deplasa un corp pe o distanta de 1 metru. Definit prin acesti termeni stiintifici, 1 volt este egal cu raportul dintre o energie electrica potentiala de 1 Joule si o sarcina electrica de 1 Coulomb. astfel, o baterie de 9 volti elibereaza o energie de 9 Jouli pentru fiecare Coulomb de electroni ce se deplaseaza prin circuit.

Definirea legii lui Ohm

Aceste simboluri si unitati pentru marimile electrice vor fi foarte importante atunci atunci cand vom incepe sa folosim relatiile dintre ele in cadrul circuitelor. Prima, si poate cea mai importanta, este relatia dintre curent, tensiune si rezistenta, legea lui Ohm, descoperita de Georg Simon Ohm si publicata in 1827. Principala descoperire a lui Ohm a fost ca, cantitatea de curent printr-un conductor metalic intr-un circuit este direct proportionala cu tensiunea aplicata asupra sa, oricare ar fi temperatura, lucru exprimat printr-o ecuatie simpla ce descrie relatia dintre tensiune, curent si rezistenta.

Aceasta relatie fundamentala este cunoscuta sub numele de legea lui Ohm:

In aceasta expresie algebrica, tensiunea(E) este egala cu produsul dintre curent(I) si rezistenta(R). Aceasta formula poate fi rescrisa sub urmatoarele forme, in functie de I, sau de R:

Analiza circuitelor simple folosind legea lui Ohm

Sa folosim acum aceste ecuatii pentru a analiza circuitele simple.

In circuitul alaturat, exista doar o singura sursa de tensiune (bateria), si doar o singura rezistenta (becul, neglijand rezistenta datorata conductorilor). In aceasta situatie legea lui Ohm se poate aplica foarte usor. In cazul in care cunoastem doua din cele trei variabile (tensiune, curent si rezistenta) din acest circuit, putem folosi legea lui Ohm pentru determinarea celei de a treia.

In acest prim exemplu, vom calcula cantitatea de curent (I) dintr-un circuit, atunci cand cunoastem valorile tensiunii (E) si a rezistentei (R).

Care este valoarea curentului (I) din acest circuit?

In al doilea exemplu, vom calcula valoarea rezistentei (R) intr-un circuit, atunci cand cunoastem valorile tensiunii (E) si a curentului (I).

Care este valoarea rezistentei becului in acest caz?

In ultimul exemplu, vom calcula valoarea tensiunii generate de baterie (E), atunci cand cunoastem valoarea curentului (I) si a rezistentei (R).

Care este valoarea tensiunii generate de baterie?