tutkielma.pdf, 350 kB - Helsinki.fi

taan: U ~ I. Varioimalla johdinta havaitaan, että verrannollisuuskerroin on johtimelleominainen, virrasta riippumaton, vakio. Verrannollisuuskerrointa R = U / I sanotaanjohtimen resistanssiksi. Se ilmaisee johtimen kyvyn vastustaa sähkövirran kulkua.Virtapiirin komponenttia, joka noudattaa edellä todettua Ohmin lakia, sanotaan vastukseksi.Metallijohtimet noudattavat Ohmin lakia vakiolämpötilassa, jos sähkövirta onriittävän pieni.Ohmin laki voidaan yleistää koskemaan jännitehäviötä paristossa. Tällöin se määritteleepariston sisäisen resistanssin.Virtapiireissä käytetään myös komponentteja, jotka eivät noudata Ohmin lakia. Tällaisiaovat mm. hehkulamput, elektroniputket ja puolijohdekomponentit. Komponentinkykyä vastustaa sähkövirtaa voidaan kuvata staattisella ominaiskäyrällä, joka ilmaiseekomponentissa tapahtuvan jännitehäviön riippuvuuden siinä kulkevasta sähkövirrasta: U= U(I). Ominaiskäyrän perusteella voidaan määrittää komponentin dynaaminen ja staattinenresistanssidUU( I )Rd= ja Rs=dIIjotka ilmaisevat, miten voimakkaasti virran muuttuminen vaikuttaa jännitehäviöönkomponentissa. Ohmin lakia noudattavan komponentin ominaiskäyrä on suora, jotensen dynaaminen ja staattinen resistanssi ovat samat kuin aiemmin määritelty resistanssi.Sähkövirran atomaarisessa mallissa sähkövirta perustuu sähköisesti varautuneidenhiukkasten liikkeeseen. Elektrolyyttistä sähkönjohtavuutta nesteessä voidaan kuvatamallilla, jossa sähkövirtaa kuljettaviin hiukkasiin vaikuttaa sähköstaattisen voiman ohellanopeuteen verrannollinen väliaineen vastus. Metallijohtimien resistanssin kuvaamiseentämä malli ei sovellu, koska se johtaa ristiriitaan Ohmin lain kanssa. Metallinenjohtavuus saadaan selitettyä, kun sekä kidehilaa että johdinelektroneja kuvataan kvanttimekaanisinmallein.Vaihtovirta ja –jännite noudattavat vastuksessa Ohmin lakia myös hetkellisesti,U(t) = R I(t), kun virran muutokset ovat riittävän hitaita. Vaihtovirran ja –jännitteenvälisen vaihe-eron vuoksi tämä ei päde yleisesti vaihtovirtapiireissä.Vaihtovirtapiirissä Ohmin laki yleistyy tehollisen jännitehäviön ja tehollisen sähkövirranverrannollisuudeksi, U eff ~ I eff . Verrannollisuuskerroin Z = U eff / I eff on piirinimpedanssi, joka ilmaisee piirin kyvyn vastustaa vaihtovirran kulkua. Piirin impedanssiriippuu vaihtojännitteen taajuudesta. Laki koskee kaikkia vastuksista, käämeistä taikondensaattoreista koostuvia vaihtovirtapiirejä. Tosin vastusten lämpötilojen muutoksetja käämien rautasydämet aiheuttavat poikkeamia.Koska teholliset arvot ovat verrannolliset huippuarvoihin, laki voidaan esittää myösmuodossa U 0 = Z I 0 . Tämä voidaan edelleen yleistää kompleksiseksi Ohmin laiksi, jokasisältää virran ja jännitteen vaihe-eron. Huomattakoon, että nämä lait edellyttävät ajansuhteen sinimuotoisesti vaihtelevaa sähkövirtaa.Kondensaattorissa vaihtovirta on vaihe-eron π/2 jännitteen edellä. Kondensaattorinimpedanssi on kääntäen verrannollinen vaihtojännitteen taajuuteen ja kondensaattorinkapasitanssiin. Resistanssittomassa käämissä puolestaan jännitehäviö on vaihe-eron π/2sähkövirran edellä. Käämin impedanssi on suoraan verrannollinen vaihtojännitteen taajuuteenja käämin induktanssiin.Reaalisissa vaihtovirtapiireissä tapahtuu sekä ns. ohmista, kapasitiivista että induktiivistajännitehäviötä. Siksi impedanssi esitetään usein vektorina Z = (R,X), jonka suo-16