IV. OHMI SEADUS

Ohm’i seadus

Elektrivoolu ahelas iseloomustatakse kahe suurusega:

(1) Voolutugevus iseloomustab ajaühikus juhti läbiva laengu suurust. Voolutugevust mõõdetakse ampermeetriga, mis ühendatakse ahelasse tarbijaga jadamisi. Mõõtühikuks on amper (1A = 1C/1s)

(2)  Pinge iseloomustab vooluahelas laengu ümber paigu­ta­mi­seks tehtavat tööd. Pinget mõõdetakse voltmeetriga, mis ühendatakse ahelasse tarbijaga rööbiti. Mõõtühikuks on volt (1V = 1J/1C).

Mõõtes samaaegselt pinget tarbija klemmidel ja tarbijat läbiva voolu tugevust, märkame, et muutes pinget tarbija klemmidel, muutub sellega võrdeliselt ka voolutugevus ahelas.

Esimesena tuvastas seose pinge ja voolutugevuse vahel saksa kooliõpetaja ja füüsik Georg Simon Ohm 1827. aastal. Ohm sõnastas vastava seaduspärasuse: Voolutugevus ahelas on võrdeline pingega juhi otstel

ehk teisisõnu: pinge ja voolutugevuse jagatis on sama tarbija korral alati üks ja seesama: R=U/I

Ehkki erinevate juhtide korral muutub pinge muutmise korral voolutugevus erinevalt, jääb pinge ja voolutugevuse suhe (U/I) sama keha korral muu­tu­matuks.

Pinge ja voolutugevuse suhet nimetatakse selle juhi elektri­ta­kis­tuseks või ka lihtsalt takistuseks.

Joonisel (üleval) on kujutatud pinge muutumisega kaasnevat voolutugevuse muutumist erineva takistusega tarbijate kor­ral. Mida väiksem on ahela takistus, seda järsum on graa­fiku tõus.

Ülaltoodut arvestades võimegi sõnastada Ohmi seaduse: voolutugevus ahelas (I) on võrdeline pingega selle ahela otstel (U) ning pöördvõrdeline ahela takistusega (R).

Takistuse ühik

Ehkki juhi elektritakistus ei sõltu pingest juhi otstel ega teda läbiva voolu tugevusest, on ta Ohm’i seadusest nende kaudu arvutatav:

Takistuse ühikuks on oom (1Ω):

1 oom on sellise juhi takistus, mille otstele rakendatav 1V pinge tekitab juhis elektrivoolu tu­ge­vu­sega 1A

Juhi takistuse sõltuvus mõõtmetest, materjalist ja temperatuurist

Ohm tõestas, et juhi takistus ei sõltu ei pingest ega ka voolutugevusest (ehkki on nende suuruste kaudu arvutatav.

Uurides erinevaid elektrijuhte, avastas Ohm, et juhi takistus sõltub tema mõõtmetest ja materjalist ning on:

  • võrdeline juhi pikkusega,
  • pöördvõrdeline juhi ristlõikepindalaga ning
  • sõltub juhi materjalist ja
  • juhi temperatuurist:

kus: R – juhi takistus, mõõdetuna oomides (Ω); l – juhi pikkus, mõõdetuna meetrites (1m); S – juhi ristlõike pindala, mõõdetuna ruutmeetrites (m2) NB! Kuna enamik juhtidest on väga väikese ristlõikepindalaga, võib kasutada ka ruutmillimeetreid (mm2); ρ – juhi materjali iseloomustav suurus – materjali eritakistus.

NB! Olgu siinkohal öeldud, et juhi takistus tuleneb juhi siseehituslikest iseärasustest – juhtides on alati positiivse ja negatiivse laenguga osakesi. Kuna taolised eriliigilised laengud tõmbuvad, siis on laengute suunatud liikumine nende vastastikmõju tõttu takistatud.

Eritakistuse ühiku saame leida takistuse arvutamise valemist  

ning tulenevalt kasutatavast pindalaühikust on see kas

(1) oom-meetrit (Ωm):

Kui 1m pikkuse ja 1m2 ristlõikepindalaga juhi takistus on 1Ω, siis on vastava materjali eritakistus 1Ωm või

(2) oom-ruutmillimeetrit-meetri kohta ( ):

NB! On kindlaks tehtud, et elektrijuhtide takistus suureneb temperatuuri tõustes ning väheneb tem­pe­ratuuri alanedes. Väga madalatel temperatuuridel (u. -270°C) kaob enamike elektrijuhtide takistus sootuks. Seda nähtust nimetatakse ülijuhtivuseks.

Reostaat

Reostaat on kergesti muudetava takistusega tarbija.

Enamasti on tegemist pika traadiga, mis on keeratud pooliks. Reostaadi oluliseks osaks on liugur, mida liigutades saab muuta pooli vooluringi ühendatud juhtmekeerdude arvu – mida rohkem keerdusid (mida pikem traat), seda suurem on selle takistus ning seda nõrgem vool teda sama pinge korral läbib.

Ohmi seaduse rakendamine jadaahela korral

Kuna jadaahelas ei toimu voolu hargnemisi, on voolutugevus ahela kõikides osades ühesugune:

Pinge jadaahela otstel on võrdne pingete summaga ahelat moodustavate tarbijate otstel:

Jadaahela takistus on võrdne ahelat moodustavate tarbijate takistuste summaga:

Ohmi seaduse rakendamine rööpahela korral

Kuna kõik tarbijad on ühendatud samade punktide vahele, on pinged nende otstel ühesugused:

Voolutugevus ahela hargnemata osas on võrdne haruvoolude tugevuste summadega:

Rööpahela takistuse pöördväärtus on võrdne ahelat moodustavate tarbijate takistuste pöördväärtuste summaga:

NB! Rööpahela takistuse leidmiseks tuleb esmalt arvutada tarbijate takistuste pöördväärtused, seejärel need omavahel liita ning lõpuks leida summast omakorda pöördväärtus