Ohmin laki on kaava, jonka avulla lasketaan jännitteen, virran ja vastuksen väliset suhteet sähköpiirissä.
Ohmin laki (U = RI) on yhtä keskeinen sähkötekniikan opiskelijoille kuin Einsteinin suhteellisuusteoria (E = mc²) on fyysikoille.
U = R x I
Tämä tarkoittaa jännite = resistanssi x virta tai voltit = ampeerit x ohmit tai V = A x Ω.
Ohmin laki on nimetty saksalaisen fyysikon, Georg Ohmin (1789–1854), mukaan. Siinä keskitytään virtapiireissä vaikuttaviin keskeisiin suureisiin.
| Suure | Symboli Ohmin laissa | Mittayksikkö (lyhenne) | Rooli piireissä | Knoppitietoa |
|---|---|---|---|---|
| Jännite | U | Voltti (V) | Elektronien virtauksen käynnistävä paine | E = sähkömotorinen voima (vanha termi) |
| Virta | I | Ampeeri (A) | Elektronien virtausnopeus | I = intensiteetti eli voimakkuus |
| Vastus | R | Ohmi (Ω) | Virtauksen esto | Ω = kreikkalaisten aakkosten omegaa tarkoittava kirjain |
Jos kaksi näistä arvoista on tiedossa, voidaan kolmas laskea Ohmin lain perusteella. Pyramidia muutetaan seuraavasti:
Jos jännite (E) ja virta (I) ovat tiedossa ja haluat selvittää vastuksen (R), peitä pyramidista R ja laske jäljelle jäävä yhtälö (katso ensimmäinen tai vasemmanpuoleinen pyramidi).
Huomaa: Vastusta ei voi mitata jännitteisestä piiristä, joten Ohmin laki on erittäin kätevä vastusarvon laskemiseen. Ei siis tarvitse katkaista piirin virtaa vastuksen mittaamista varten. Sen sijaan voidaan laskea vastusarvo (R) edellä kuvatun Ohmin lain muunnelman perusteella.
Jos taas tiedetään jännite (E) ja vastus (R) ja halutaan selvittää virta (I), peitä I ja ratkaise yhtälö kahden jäljelle jäävän arvon perusteella (katso keskimmäinen pyramidi).
Jos taas tiedetään virta (I) ja vastus (R) ja halutaan selvittää jännite (E), peitä E ja kerro pyramidin alaosaan jäävät puolikkaat keskenään (katso kolmas tai oikeanpuoleinen pyramidi).
Harjoittele yhden jännitelähteen (paristo) ja vastuksen (valo) sisältävään yksinkertaiseen sarjapiiriin perustuvilla esimerkkilaskuilla. Kaksi arvoa on tiedossa kussakin esimerkissä. Laske kolmas arvo Ohmin lain perusteella.
Esimerkki 1: Jännite (E) ja vastus (R) ovat tiedossa.
Mikä on piirin virta?
I = E/R = 12 V / 6 Ω = 2 A
Esimerkki 2: Jännite (E) ja virta (I) ovat tiedossa.
Mikä on lampun synnyttämä vastus?
R = E/I = 24 V / 6 A = 4 Ω
Esimerkki 3: Virta (I) ja vastus (R) ovat tiedossa. Mikä on jännite?
Mikä on piirin jännite?
E = I x R = 5 A x 8 Ω = 40 V
Kun Ohm julkaisi laskukaavansa vuonna 1827, hänen merkittävin havaintonsa oli se, että johtimen läpi virtaavan sähkövirran suuruus on suoraan verrannollinen johtimeen kohdistuvaan jännitteeseen. Yhden ampeerin virran työntäminen yhden ohmin vastuksen läpi edellyttää siis toisin sanoen yhden voltin painetta.
Mitä Ohmin lain avulla voidaan validoida
Ohmin lakia voidaan käyttää piirin komponenttien, virtatasojen, jännitteensyöttöjen ja jännitteen laskujen staattisten arvojen validointiin. Jos esimerkiksi mittausinstrumentti havaitsee normaalia suuremman virtamittauksen, se voi tarkoittaa, että resistanssi on laskenut tai että jännite on noussut, mikä aiheuttaa korkeajännitteisen tilanteen. Tämä voi viitata syöttöongelmaan tai piirin vikaan.
DC-piireissä normaalia pienempi virtaarvo voi tarkoittaa, että jännite on laskenut tai että piirin resistanssi on noussut. Suurentuneen resistanssin mahdollisia syitä ovat huonot tai löysät liitokset ja/tai vaurioituneet komponentit.
Piirin kuormat toimivat sähkövirralla. Kuormat voivat olla mitä tahansa osia: pieniä sähkölaitteita, tietokoneita, kodinkoneita tai suuria moottoreita. Useimmissa osissa (kuormissa) on tyyppikilpi tai tietotarra. Nämä tyyppikilvet sisältävät turvallisuussertifikaatit ja useampia viitearvoja.
Teknikot tarkistavat osien tyyppikilvistä niiden vakiojännitteet ja -virrat. Jos mittausten aikana huomataan, että digitaaliset yleismittarit tai pihtimittarit eivät näytä tyypillisiä lukemia, voidaan Ohmin lain avulla selvittää, missä piirin osassa arvot heittelevät. Sen perustella voidaan sitten määrittää, mistä vika saattaa johtua.
Perustietoa piireistä
Piirit koostuvat atomeista kaiken materian tapaan. Atomit taas koostuvat seuraavista atomia pienemmistä hiukkasista:
- protoneista (jotka ovat positiivisesti varautuneita)
- neutroneista (ei varausta)
- elektroneista (jotka ovat negatiivisesti varautuneita).
Atomit pysyvät koossa, sillä atomin ydin ja atomin ulkokehällä olevat elektronit vetävät toisiaan puoleensa. Jännitteelle altistuessaan piirin atomit muuttavat muotoaan ja niiden osissa vaikuttaa vetovoiman potentiaali eli potentiaaliero. Irralliset elektronit ovat yhdessä alttiina vetovoimalle, ja ne liikkuvat protoneja kohti synnyttäen elektronien virtauksen (virran). Mitä tahansa piirin materiaalia, joka rajoittaa tätä virtausta, kutsutaan vastukseksi.
Viite: ”Digital Multimeter Principles”, Glen A. Mazur, American Technical Publishers.