آموزش های پایه ای برق, مقالات
قانون اهم – بیانیه ،کاربردها و محدودیت ها
ژانویه
قانون اهم | بیانیه ،کاربردها و محدودیت قانون اهم
قانون اهم به رابطه بین جریان، ولتاژ و مقاومت ایده آل می‌پردازد.این رابطه توسط فیزیکدان آلمانی جورج سیمون اهم معرفی شده‌است، به همین دلیل به این نام شناخته‌می‌شود.او، این قانون را در كتابی که در سال 1827 نوشته‌بود، معرفی کرد.
جورج سیمون اهم
مقاومت ایده آل
قبل از بررسی مبحث اصلی، ببینیم که منظور از مقاومت ایده‌آل چیست؟
مقاومت ایده‌آل، مقاومتی‌است که از خاصیت مقاومت خالص برخوردار‌است و همچنین به دلیل تغییر ولتاژ یا جریان تحمیل‌شده در آن، مقاومت خود را تغییر نمی‌دهد.
قانون اهم
در دمای ثابت، جریان عبوری از یک مقاومت ایده‌آل به طور مستقیم با ولتاژ اعمال‌شده به دو سر مقاومت، متناسب‌است.
ثابت بودن تناسب به صورت R نوشته‌شده که این مقدار، مقاومتاست.
فرمول قانون اهم
رابطه جریان ، ولتاژ و مقاومت را می‌توان به سه روش مختلف نوشت.
1- هنگامی‌که یک ولتاژ به دو سر مقاومت اعمال می‌شود،جریان عبوری از مقاومت، می‌تواند توسط رابطه زیر تعیین شود:
2- هنگامی‌که یک جریان شناخته‌شده از طریق یک مقاومت شناخته‌شده جریان می‌یابد،ولتاژی در مقاومت ظاهر می‌شود، که توسط رابطه قابل تعیین‌است:
3- هنگامی‌که یک ولتاژ شناخته‌شده به یک مقاومت اعمال می‌شود،و جریان عبوری از مقاومت نیز مشخص باشد، می‌توان مقدار مقاومت را از رابطه زیر تعیین کرد:
تعیین توان از قانون اهم
توان
هنگامی‌که جریان از طریق مقاومت جریان یابد، اتلاف توان در مقاومت ایجاد‌می‌شود.این توان با استفاده از قانون اهم به راحتی قابل تعیین‌است. همانطور که می‌دانیم توان برابر با ضرب جریان و ولتاژ‌است.در صورتیکه ولتاژ و جریان از مقاومت جاری شوند، توان برابر‌است با :
می توانیم با‌استفاده از قانون اهم بنویسیم:
اگر ولتاژ و مقاومت یا جریان و مقاومت برای ما شناخته‌شده‌باشد، می‌توانیم از این رابطه، توان مقاومت را تعیین کنیم.از همان رابطه برای یک توان معین، می‌توان مقدار مقاومت ناشناخته را توسط جریان یا ولتاژ مشخص کرد.
اگر هر دو توان، جریان، ولتاژ و مقاومت شناخته‌شده‌باشد، با کمک قانون مذکور می‌توانیم دو متغیر دیگر را بدست آوریم:
چرا درجه حرارت در این رابطه ثابت است؟
معیارهای اصلی قانون اهم ثابت نگه‌داشتن مقاومتاست زیرا مقدار مقاومت R در رابطه بر فرض ثابت بودن آن‌است .
اما می دانیم که تغییر دما، بر مقدار مقاومت تأثیر می‌گذارد. بنابراین برای ثابت نگه‌داشتن مقاومت در طول آزمایش‌های قانون اهم، درجه حرارت مقدار ثابت در نظر گرفته‌می‌شود.
کاربرد ها
هزاران کاربرد از این قانون در زندگی روزمره ما وجود دارد. ما در این مقاله تنها تعداد کمی از آنها را نشان خواهیم داد.
- 1- تنظیم کننده فن داخلی، دستگاه بسیار متداولی‌است که جریان آن از طریق فن با کنترل مقاومت مدار تنظیم می‌شود.
- 2- در مدار تقسیم ولتاژ، از این قانون برای تقسیم ولتاژ منبع در مقاومت خروجی استفادهمیشود.
- 3- در مدارهای الکترونیکی اهداف زیادی وجود دارد که افت ولتاژ عمدی برای تأمین ولتاژ خاص از طریق عناصر الکترونیکی مختلف مورد نیاز‌است. این با اعمال قانون اهم انجام‌می‌شود.
- 4- عموما درآرمیچرهای DC و سایر ابزارهای اندازه‌گیری DC برای تغییر جهت جریان استفادهمیشود. در اینجا همچنین از قانون‌اهم استفاده‌شده‌است.
محدودیت‌ها
محدودیت‌های قانون‌اهم به شرح زیر‌است:
1- این قانون برای شبکه‌های یک طرفه قابل اجرا نیست.یک شبکه یک طرفه دارای عناصر یک طرفه مانند دیود، ترانزیستورها و غیره‌است که برای هر دو جهت جریان رابطه ولتاژ یکسانی ندارند.
2- قانون‌اهم برای عناصر غیرخطی نیز کاربرد ندارد.عناصر غیرخطی، آنهایی هستند که دقیقا با ولتاژ اعمال‌شده تناسب ندارند ، یعنی مقدار مقاومت آن عناصر برای مقادیر مختلف ولتاژ و جریان تغییر می‌کند.
نمونه‌هایی از عناصر غیر خطی عبارتند از تریستور ، قوس الکتریکی و غیره.