Elektrivoolu tekitamiseks tuleb elektronid panna suunatult liikuma. Selleks on vaja elektrijõudu, mida tekitab pinge. Kui pinget suurendada, muutub ka vool tugevamaks.
Voolutugevus sõltub pingest ja takistusest
Seose voolutugevuse ja pinge vahel avastas 1826. aastal Saksa füüsik Georg Simon Ohm, kes tegi kindlaks, et voolutugevus juhis on võrdelises seoses[mõiste: võrdeline seos – seos kahe suuruse vahel, kus ühe suuruse kasvamisel või kahanemisel mingi arv kordi teine suurus kasvab või kahaneb sama arv kordi] juhile rakendatud pingega[joonealune: füüsikaline suurus, mis iseloomustab laengu liigutamiseks tehtud tööd]: .
Koostame vooluringi, milles on vooluallikas, lüliti, lamp, ampermeeter ja voltmeeter. Mõõdame voolutugevust nii, et pinge on kogu aeg sama, aga takistus muutub. Katse näitab, et kui jääva pinge korral suurendada juhi takistust kaks korda, siis voolutugevus väheneb samuti kaks korda. Kui vähendada takistust viis korda, siis suureneb voolutugevus viis korda. Sellest saab järeldada, et voolutugevus on pöördvõrdelises seoses[sõnaseletus: pöördvõrdeline seos – seos kahe suuruse vahel, kus ühe suuruse kasvamisel (või kahanemisel) mingi arv kordi teine suurus kahaneb (või kasvab) samuti kindel arv kordi] juhi takistusega: .
Kui need kaks sõltuvust panna kokku valemisse, saame Ohmi seaduse: .
Ohmi seadus[mõiste: Ohmi seadus – voolutugevus juhis on võrdeline juhile rakendatud pingega ja pöördvõrdeline juhi takistusega] sõnastatakse nii: voolutugevus juhis on võrdeline juhile rakendatud pingega ja pöördvõrdeline juhi takistusega. See seadus kehtib aga ainult siis, kui juhi temperatuur ei muutu, sest takistuse suurus oleneb temperatuurist.
Mõtle!
- Kui avaldame Ohmi seadusest takistuse, saame, et Miks ei ole õige öelda, et juhi takistus on võrdeline pingega ja pöördvõrdeline voolutugevusega?
Kui pinge suureneb 2 korda ja takistus ei muutu, siis voolutugevus .
Kui pinge väheneb 3 korda ja takistus ei muutu, siis voolutugevus .
Kui pinge väheneb 2 korda ja takistus väheneb 2 korda, siis voolutugevus .
Kui pinge suureneb 3 korda ja takistus väheneb 3 korda, siis voolutugevus .
Kui pinge suureneb 4 korda ja takistus suureneb 2 korda, siis voolutugevus .
Lisalugemine. Ohmi seaduse kolmnurk
Ohmi seadus väljendab seost kolme füüsikalise suuruse, s.o voolutugevuse, pinge ja takistuse vahel. Et vajaliku suuruse avaldamisel mitte eksida, võib kasutada üht mnemotehnilist[joonealune: info mehaanilise meeldejätmise kunst] võtet: valemi eri kujusid aitab meeles pidada Ohmi seaduse kolmnurk. Kolmnurgas tähistab rõhtkriips jagamist ja püstkriips korrutamist. Kui tahame teada, kuidas ühte suurust teiste kaudu avaldada, tuleb selle tähis sõrmega kinni katta ja vastus ongi käes. Näiteks kui tahame teada, kuidas avaldub pinge, siis tuleb U kinni katta ja on näha, et I ja R tuleb omavahel korrutada, st .
1)
2)
3)
- 1)
- 2)
- 3)
Mõtle!
- Milliseid võtteid valemitest suuruste avaldamiseks sa veel tead?
Takisti
Ohmi seadust kasutatakse elektriseadmete projekteerimiseks ja nende töö kontrollimiseks. Selleks mõõdetakse vooluringi osades voolutugevust ja pinget. Oluline vooluringi osa, milleta on raske hakkama saada, on takisti. Takisti[mõiste: takisti – kindla takistusega juht, mille takistus on palju suurem vooluringi ühendusjuhtmete takistusest] on kindla takistusega juht, mille takistus on palju suurem vooluringi ühendusjuhtmete takistusest. Juhtmete takistused on väga väikesed, näiteks 1 m pikkuse vaskjuhtme takistus on ainult mõni tuhandik oomi. Väiksema takisti väärtus võib olla umbes mõni kümnendik oomi. Takisteid kasutatakse vooluringis peamiselt voolutugevuse piiramiseks või vajaliku pinge tekitamiseks.
Mõtle!
- Kus kasutatakse takisteid?
Takisti takistus on Ω.
Takisti takistus on Ω.
Takisti takistus on Ω.
Ohmi seadus vedelikes
Ohmi seadus on väga tähtis ka praktikas, sest sellega saab määrata voolutugevust vooluringis või selle osas, kui on teada pinge ja takistus. Sellega saab hinnata voolu soojuslikku, keemilist või magnetilist toimet, sest need kõik sõltuvad voolutugevusest.
Seni rääkisime Ohmi seadusest tahkes juhis, aga kas Ohmi seadus kehtib ka vedelikus, näiteks elektrolüüdi[joonealune: aine, mille lagunemisel tekivad erimärgilised ioonid] vesilahuses? Elektrolüüdis on kaht liiki ioone: positiivsed ja negatiivsed. Kui lahusesse panna elektroodid, millele rakendatakse pinge, hakkavad seni kaootiliselt liikunud ioonid suunatult liikuma: positiivsed ioonid negatiivse ja negatiivsed ioonid positiivse elektroodi poole. Elektrilaengute suunatud liikumine on elektrivool. Kui suurendada pinget, mõjub ioonidele suurem jõud, st nad hakkavad kiiremini liikuma ja voolutugevus suureneb.
Kas voolutugevus ja pinge on ka vedelikes võrdelises seoses? Seda saab kindlaks teha ainult katsega. Asetame kaks elektroodi NaCl vesilahusesse ja rakendame neile pinge, mille väärtus on meile teada. Seejärel mõõdame voolutugevuse. Siis suurendame pinget kaks korda ja kontrollime, kas voolutugevus suurenes samuti kaks korda. Katse kinnitab, et Ohmi seadus kehtib ka vedelikes.
Mõtle!
- Kas takistus ja voolutugevus on vedelikes nagu tahkisteski pöördvõrdelises seoses?
Ohmi seadus kehtib
- ainult tahkistes.
- ainult vedelikes.
- tahkistes ja vedelikes.
Vedelikes
- on voolutugevuse ja pinge seos võrdeline.
- on voolutugevuse ja pinge seos pöördvõrdeline.
- voolutugevusel ja pingel seost ei ole.
Jätan meelde
- Ohmi seadus: juhis olev voolutugevus I on võrdeline juhile rakendatud pingega U ja pöördvõrdeline juhi takistusega R.
- Takisti on kindla takistusega juht, mille takistus on palju suurem vooluringi ühendusjuhtmete takistusest.
