Exempelfrågor som diskuterar ohmsk och icke-ohmsk resistans
Pendahuluan
Resistans i elektriska kretsar är ett grundläggande koncept som är avgörande för att förstå elektroteknik och elektronik. Resistans avgör hur mycket ström som flyter genom en komponent när en spänning appliceras på den. Det finns två huvudtyper av resistans som är kända inom fysiken: ohmsk resistans och icke-ohmsk resistans. Den här artikeln ger en detaljerad förklaring av båda typerna av resistans, tillsammans med flera exempelproblem och diskussioner för att fördjupa din förståelse.
Ohmsk resistans
Ohmsk resistans är en resistans som följer Ohms lag, som säger att strömmen som flyter genom en ledare mellan två punkter är direkt proportionell mot spänningen mellan dessa två punkter. Matematiskt kan denna lag skrivas som:
"'matte
V = IR
”'
Dimana:
– V är spänning (volt)
– I är strömmen (ampere)
– R är resistansen (ohm)
Komponenter som har ohmsk resistans har vanligtvis en graf som visar förhållandet mellan ström och spänning i form av en rak linje.
Exempelfrågor om ohmsk resistans
Fråga 1: Ett motstånd med en resistans på 10 ohm är anslutet till en spänning på 5 volt. Beräkna strömmen som flyter genom motståndet.
Diskussion:
Med hjälp av Ohms lag:
\[V = IR \]
Det är känt:
– V = 5 volt
– R = 10 Ohm
Så:
\[ I = \frac{V}{R} = \frac{5}{10} = 0,5 \, \text{Ampere} \]
Så strömmen som flyter genom motståndet är 0,5 ampere.
Exempelfråga 2 Ohmsk resistans i parallella kretsar
Fråga 2: Två motstånd, vardera med en resistans på 4 ohm och 6 ohm, är parallellkopplade och sedan anslutna till en 12 volts spänningskälla. Beräkna den totala strömmen som flyter i kretsen.
Diskussion:
I en parallellkrets är spänningen över varje motstånd densamma:
– V = 12 volt
För att få den totala strömmen måste vi först hitta strömmen i varje motstånd med hjälp av Ohms lag, och sedan addera dem.
1. Ström i 4 Ohm motstånd:
\[ I_1 = \frac{V}{R_1} = \frac{12}{4} = 3 \, \text{Ampere} \]
2. Ström i 6 Ohm motstånd:
\[ I_2 = \frac{V}{R_2} = \frac{12}{6} = 2 \, \text{Ampere} \]
Den totala strömmen i kretsen är:
\[ I_{total} = I_1 + I_2 = 3 + 2 = 5 \, \text{Ampere} \]
Så den totala strömmen som flyter i kretsen är 5 ampere.
Icke-ohmsk resistans
Icke-ohmsk resistans är en resistans som inte följer Ohms lag. I komponenter med icke-ohmsk resistans är förhållandet mellan spänning och ström icke-linjärt och kan bero på flera andra faktorer såsom temperatur, frekvens eller elektriskt fält. Några exempel är glödlampor, dioder och transistorer.
Exempelfrågor om icke-ohmisk resistans
Fråga 3: En ideal diod är ansluten till en framspänning på 0.7 volt. Om resistansen hos den ideala dioden anses vara mycket liten, vilken ström kommer att flyta när denna spänning appliceras?
Diskussion:
I en ideal diod, när den är framåtspänd, kommer dioden att låta ström flyta med mycket litet motstånd. Därför bestäms strömmen som flyter av dess motstånd, vilket är praktiskt taget noll. I idealfallet är detta motstånd så litet att strömmen endast begränsas av spänningskällans kapacitet.
Eftersom dioden är ideal kan strömmen vara mycket stor och närma sig kapacitansen hos spänningskällan och den tillhörande kretsen som är ansluten till den. I praktiska tillämpningar kommer dock resistansen hos de andra kretsarna och kapacitansgränserna för spänningskällan att bestämma den faktiska strömmen mer realistiskt.
Om en spänningskälla kan leverera obegränsad ström, kan strömmen antas vara mycket stor, men realistiskt sett är det mindre rimligt utan att bestämma strömgränsen utifrån källans kapacitet.
Exempelfråga 4: Icke-ohmsk resistans i glödlampor
Fråga 4: En glödlampa har icke-ohmska egenskaper med en nominell spänning på 220 volt och en effektförbrukning på 100 watt. Beräkna lampans resistans när lampan är tänd enligt nominell effekt och spänning.
Diskussion:
Det är känt:
– V = 220 volt
– P = 100 Watt
Med hjälp av formeln för elektrisk effekt,
\[ P = VI \]
Så strömmen som flyter:
[I = \frac{P}{V} = \frac{100}{220} \approx 0.455 \, \text{Ampere} \]
Sedan, med hjälp av Ohms lag,
[R = \frac{V}{I} = \frac{220}{0.455} \approx 484 \, \text{Ohm} \]
Så är resistansen hos en glödlampa när den är tänd med nominell effekt och spänning cirka 484 ohm.
slutsats
Att förstå skillnaden mellan ohmsk och icke-ohmsk resistans är avgörande vid analys av elektriska kretsar. Ohmsk resistans följer Ohms lag, med ett linjärt förhållande mellan spänning och ström, medan icke-ohmsk resistans är icke-linjär och kan påverkas av flera andra faktorer. Med de olika exemplen och diskussionerna som presenterats ovan kan vi bättre förstå hur dessa två typer av resistans fungerar och hur man beräknar ström, spänning och resistans i en elektrisk krets.
Kunskap om ohmsk och icke-ohmsk resistans är mycket användbar, särskilt för dem som arbetar inom elektro- eller elektronikteknik, eftersom det hjälper till att designa och analysera kretsar mer effektivt och ändamålsenligt.
