オームの法則

Physics II

Your institution must subscribe to JoVE's Physics collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 1 hour trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Overview

ソース: アンドリュー ダフィー博士は、物理学教室、ボストン大学、ボストン、マサチューセッツ

この実験は、オームの法律は、現在関連している、電圧、および抵抗を調査します。

実験の 1 つの目標は回路図を理解する、用語関与抵抗などの基本的な回路で抵抗、電流、電圧、および電源ユニット。実験の末、回路をワイヤーとそれの両方を通る電流回路部品および潜在的な違い、または電圧を測定する方法についての知識が得られます。

回路では、バッテリーまたは電源装置は、電荷の移動は、電圧のボルト (V) で測定を提供します。回路、電球や抵抗器 (これだけ細長いワイヤを巻いてコイルには多くの場合) などの他の要素は、電荷の流れの率を制限します。電荷の流れの率が、現在単位アンペア (A) で知られてまたは短いとフローを制限抵抗器、電球のフィラメントがする程度のアンプはオーム (Ω) で測定される抵抗として知られています。この実験には、オームの法則で電圧、電流、および抵抗の調査が含まれます。

また、この実験は、抵抗、電球と光発光ダイオード (LED) と呼ばれる基本的な回路部品の違いを探ります。多くの一般的なデバイスの一部であるし、さまざまな照明アプリケーションで使用電球と Led とのでそれがどのように動作を理解するのに役立ちます。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 物理学の基礎 II. オームの法則. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

オームの法則は、デバイスを介して電流がデバイスに適用される電位差に比例します。オームの法則適用できます個々 の回路部品または回路電圧と抵抗が知られている場合、現在の値を予測したり、抵抗を確認するため、全体として場合は、電圧と電流を計測しました。

抵抗は流れ料金でいかに難しいかの尺度です。いくつかの抵抗器は他の中、およそ一定して抵抗、抵抗の温度依存性は重要な要素。抵抗性一般に、温度が上がるにつれて増加する注意してください。ダイオードは、電荷、電流が一方向に簡単に流れますが、逆方向に流れる電流を許可しないため本質的に一方向弁です。ダイオードの抵抗は、電圧に大きく依存し、これは実験で実証されること。

実験で収集されたデータを使用して、さまざまな回路のオームの法則が勉強されます。

Procedure

オームの法則は、電圧、電流、および電気部品または回路の抵抗に関連しています。

電圧, V, 電流・抵抗、R が屋内配線のような単純な電気適用と同様、ラジオ、音楽プレーヤー、コンピューターのようなすべての電子機器の操作の基本はヒューズ ボックスと家の照明です。これらすべてのケースで回路動作予想とオームの法則のため合理的設計することができます。

このビデオは回路用語、記号と図を紹介し、簡単な回路を配線する方法をデモンストレーションします。さらに、コンポーネントとコンポーネント間の電圧を電流で測定されます。

電源または電池の出力が定義高低電位と呼ばれる量の値がそれぞれ正と負の端子です。この電位の差が電圧ボルトで測定です。これらの用語についての詳細については、このコレクション内の電位がビデオを参照してください。

回路は、特定の機能を実行する一緒に接続されているコンポーネントのネットワークです。現在の 1 秒あたりの電荷の量の動きである、アンペア、またはアンプ、略してで測定されます。興味深いことに、負の電荷を持ち、電子のみは、回路内の配線を移動します。その負の電荷のため電子は電流とは逆方向に流れます。電流は電線を通ることができますのみとはるかのような完全なループに接続されているコンポーネント貯水池から現在を水車に、ポンプによって水貯水池に。

ある程度は、電気のすべての要素は、管内の水の流れを削減するボトルネックのような現在の流れを妨げます。抵抗はこの現象を説明し、オームで測定されます。オームの法則は電圧と抵抗を定義コンポーネントを通る電流で割った値コンポーネント間で。

具体的には抵抗器を呼び出されるコンポーネントの抵抗はほぼ一定です。一般的な回路基板の抵抗は、抵抗の色コードを表すバンドと小さな円筒形の物体です。オームの法則で一定した抵抗を流れる電流は印加電圧に正比例し、抵抗に反比例します。現実には、ほとんどの材料の抵抗は一般的に温度が増加するにつれて増加します。

ダイオードのようないくつかのデバイスの抵抗は使用条件によっても異なります-それは、電圧と電流-他の要因だけでなく。ダイオードは一方向のみに電流を流すことができます非常に良い近似するデバイスです。その結果、それは一方向弁、「進む」方向に非常に低い抵抗を流れる電流を渡すと"逆"の非常に高い抵抗を持つ現在禁止として動作

発光ダイオードとも呼ばれる「LED」、はダイオード順方向電流の流れと照らされました。簡単なダイオードのような LED は、逆方向電流の場合それが点灯しないを通過しません。

電圧、電流、抵抗、オームの法律-しばしば V 同輩として表現間の単純な関係で私はいつも R 作る他の 2 つが知られているいずれかのこれらの量を計算することが可能。

このビデオは、コンポーネント、それを介して電流電圧を容易に測定が表示されます。これらの実験はまた様々 な回路のオームの法則を実証し、電流と、抵抗、電球、発光ダイオードに電圧の関係を示します。

測定装置は、電圧センサー、電流センサー、電源装置、コンピューター制御計測システムおよびテストするコンポーネントで構成されています。

「オームの法則」をダブルクリックして、計測ソフトウェアをロードするコンピューター デスクトップ上のアイコン。プログラムが読み込まれると、画面はグラフ、テーブルを表示する必要があり、電圧と電流測定ボックスの左下隅に。

「ゼロ」ボタンをクリックし、データ集録システムのオフセットを削除する「ゼロすべてセンサー」を選択します。装置にリードが何かに接続されていないとき電圧と電流の測定値は 0 にする必要があります。

軸ラベルをクリックし、目的のオプションのチェックをプロットするデータを選択します。Y 軸のみのプロットしない項目をオフにします。X 軸 y 軸と電圧電流を表示するグラフを設定します。

次に、肯定的な 0.3 アンペアに 0.3 を負の y 軸のスケールを設定し、負の正 5 ボルトに 5 x 軸のスケールを設定します。

最初の実験で抵抗の異なる値に設定できますが、抵抗ボックスを使用して、抵抗の電圧で電流がどのように変化するのかを観察するために。

抵抗ボックスを 100 ω に設定します。一緒に、電源、電圧と電流センサー、抵抗ボックスの回路図に示すように、配線します。最後に、電源の電流と電圧の両方の出力を最大値に設定します。

データ コレクションを開始する緑の矢印アイコンをクリックします。ゆっくりとその最小値に電源電圧を減らします。電源のリード線を逆にし、ゆっくり増加する電圧最大値に戻します。これは、-5 から +5 までの範囲にまたがる電圧対電流のグラフになります。グラフがノイズの解放されるまでこの手順を繰り返しますし、データを格納します。

100 ω 抵抗電圧対電流のプロットは直線です。データを線形フィットを実行し、直線の傾きを記録します。斜面は、0.0100 アンプ/ボルト、抵抗の逆数に近い非常にする必要があります。

今抵抗ボックスを 200 ω に設定し、4:55 の範囲にわたって電圧対電流の別のプロットを取得する実験を繰り返すボルト。今回斜面は 0.00500 アンプ/ボルト、再び抵抗の逆数に近い非常にする必要があります。

一定した抵抗のオームの法則の抵抗に流れる電流は印加電圧に比例し、抵抗に反比例するという状態します。これは明らかに 100 ω と 200 ω の抵抗のデータです。

次の実験の模式図で示すように、小型白熱電球と抵抗ボックスを取り付けます。電源装置の電圧制御を最大に設定し、データ収集を開始します。ゆっくりと最小値に電圧を減らし、ゆっくり増加する電圧の最大値まで戻ってください。+5 ボルト 0.7 についての範囲にわたって電圧対電流のプロットが表示されます。

電源供給ケーブルを逆に最大に、電圧制御を設定し、最小値に電圧を軽減し再び最大値にそれを高めるプロセスを繰り返します。-0.7-5 ボルトについての範囲にわたって電圧対電流のプロットが表示されます。

電球の電圧と現在のプロットはほぼ線形抵抗器として同じはありませんです。一般的に現在ある特定の電圧で高い電圧が減少しているとき、それは同じ電圧ではに比べて電圧が増加しているときも示しています。

電圧を上げる場合は、フィラメントをウォーミング アップ。クーラーを起動するフィラメント、抵抗が低いと、電流はより高い。電圧を下げるとき、フィラメントで同じ動作の時点で高い抵抗および低い電流を得られるよう高い温度から冷却です。

今現在対電圧対電流の代わりに時間をプロットします。これを行うには、時間を測定する水平軸を変更します。

電球が明るく点灯するので、最大電圧を調整します。電源装置の電源を切ります。データ収集を開始し、電源を再びオンに緑色の矢印をクリックします。

直後に電源がオンにし、下の定数値に低下、電球に流れる電流は高い。電球はオフですが、フィラメントは室温で、比較的低抵抗。

電球を最初に投入、現在はその抵抗が小さいため高レベルにジャンプします。ただし、フィラメントの抵抗は温度が大幅に向上-フィラメント加熱抵抗が大きくなるし、電流が値下がりしました。最終的にその温度を安定化し、現在は一定。

最後に、電圧対電流を再度表示して、発光ダイオードを"LED"場所打ちの電球のように軸を設定します。一般的な LED の最大電流は約 30 mA、現在は LED を燃焼を防ぐために注意深く監視する必要がありますので。

LED の電圧の関数として現在のグラフを取得するのに前の実験から手順を使用します。最初、LED 間で正の電圧を適用し、最大から最小に電源電圧を調整します。電源供給ケーブルをスイッチし、LED の方向を観察する最大から最小電圧を調整します。

結果のプロットは、LED は電流を流す電圧がいる場合のみ肯定的な特定のしきい値よりも大きいことを示しています。ダイオードが有効になり、「一度すぐ電圧が上がるにつれて電流が増加します。ただし、負の電圧の電流は流れない。この現象は、現在の一方向バルブのような LED がどのように動作を示します。

電子ガジェットは、今日の世界では、遍在とオームの法則は、これらのガジェットの一つで再生する役割を持っています。

例えば、懐中電灯の電球は、シリーズの 2 つの 1.5 ボルトの電池で動作するように設計されています。したがって、適切な抵抗を電球を選ばれなければならない、電池が燃焼することがなく明るく輝く電球を作るに現在の適切な量を提供できるように。オームの法則は、電球の選択を導くのに役立ちます。

オームの法則の別のアプリケーションは、おそらく電気ショックのリスクを軽減するまたはデバイス自体を保護するために、特定のデバイスに供給される電流を制限することです。オームの法則が教えてくれる、与えられた電圧、抵抗値が高いほど、現在のより低い。したがって、デバイス シリーズに抵抗を配置するとして、我々 は、デバイスに流れる電流を制限し、任意の潜在的な損傷を防ぐためできます。

オームの法則のゼウスの概要を見てきただけ。今、電気部品、その抵抗、抵抗、電球や発光ダイオードの電気的挙動の違いによって生成された電流、電圧の関係を理解する必要があります。見てくれてありがとう!

Applications and Summary

電子ガジェットは、今日の世界では、遍在でオームの法律、これらのガジェットのそれぞれの果たすべき役割。例えば、シリーズ (3 ボルトの合計) の 2 つの 1.5 ボルトの電池で動作するように設計された懐中電灯は電池が燃焼することがなく明るく、電球の輝きを許可するように現在の適切な量を提供できるように適切な抵抗を電球が必要です。オームの法則は、電球の選択を導くのに役立ちます。

別のアプリケーションは、3 段階の明るさで照らすことができる 3 ウェイの電球です。このような電球を作る方法の 1 つは、単一のフィラメントがそれに応じて明るさが必要なの異なる部分間の電圧を配置することです。再び、オームの法則は、フィラメントの割合を決定する際に役割を果たしているが、電圧は両端と全体のフィラメントの抵抗。

オームの法則の別のアプリケーションは、おそらく電気ショックのリスクを軽減するまたはデバイス (高電流過熱、焼損を引き起こすことができる) 自体を保護するために、特定のデバイスに供給される電流を制限することです。オームの法則が教えてくれる、与えられた電圧、抵抗が高い、低い現在とシリーズに大きな抵抗を置くことによってデバイスに電流を制限できますので。

オームの法則は、電圧、電流、および電気部品または回路の抵抗に関連しています。

電圧, V, 電流・抵抗、R が屋内配線のような単純な電気適用と同様、ラジオ、音楽プレーヤー、コンピューターのようなすべての電子機器の操作の基本はヒューズ ボックスと家の照明です。これらすべてのケースで回路動作予想とオームの法則のため合理的設計することができます。

このビデオは回路用語、記号と図を紹介し、簡単な回路を配線する方法をデモンストレーションします。さらに、コンポーネントとコンポーネント間の電圧を電流で測定されます。

電源または電池の出力が定義高低電位と呼ばれる量の値がそれぞれ正と負の端子です。この電位の差が電圧ボルトで測定です。これらの用語についての詳細については、このコレクション内の電位がビデオを参照してください。

回路は、特定の機能を実行する一緒に接続されているコンポーネントのネットワークです。現在の 1 秒あたりの電荷の量の動きである、アンペア、またはアンプ、略してで測定されます。興味深いことに、負の電荷を持ち、電子のみは、回路内の配線を移動します。その負の電荷のため電子は電流とは逆方向に流れます。電流は電線を通ることができますのみとはるかのような完全なループに接続されているコンポーネント貯水池から現在を水車に、ポンプによって水貯水池に。

ある程度は、電気のすべての要素は、管内の水の流れを削減するボトルネックのような現在の流れを妨げます。抵抗はこの現象を説明し、オームで測定されます。オームの法則は電圧と抵抗を定義コンポーネントを通る電流で割った値コンポーネント間で。

具体的には抵抗器を呼び出されるコンポーネントの抵抗はほぼ一定です。一般的な回路基板の抵抗は、抵抗の色コードを表すバンドと小さな円筒形の物体です。オームの法則で一定した抵抗を流れる電流は印加電圧に正比例し、抵抗に反比例します。現実には、ほとんどの材料の抵抗は一般的に温度が増加するにつれて増加します。

ダイオードのようないくつかのデバイスの抵抗は使用条件によっても異なります-それは、電圧と電流-他の要因だけでなく。ダイオードは一方向のみに電流を流すことができます非常に良い近似するデバイスです。その結果、それは一方向弁、「進む」方向に非常に低い抵抗を流れる電流を渡すと"逆"の非常に高い抵抗を持つ現在禁止として動作

発光ダイオードとも呼ばれる「LED」、はダイオード順方向電流の流れと照らされました。簡単なダイオードのような LED は、逆方向電流の場合それが点灯しないを通過しません。

電圧、電流、抵抗、オームの法律-しばしば V 同輩として表現間の単純な関係で私はいつも R 作る他の 2 つが知られているいずれかのこれらの量を計算することが可能。

このビデオは、コンポーネント、それを介して電流電圧を容易に測定が表示されます。これらの実験はまた様々 な回路のオームの法則を実証し、電流と、抵抗、電球、発光ダイオードに電圧の関係を示します。

測定装置は、電圧センサー、電流センサー、電源装置、コンピューター制御計測システムおよびテストするコンポーネントで構成されています。

「オームの法則」をダブルクリックして、計測ソフトウェアをロードするコンピューター デスクトップ上のアイコン。プログラムが読み込まれると、画面はグラフ、テーブルを表示する必要があり、電圧と電流測定ボックスの左下隅に。

「ゼロ」ボタンをクリックし、データ集録システムのオフセットを削除する「ゼロすべてセンサー」を選択します。装置にリードが何かに接続されていないとき電圧と電流の測定値は 0 にする必要があります。

軸ラベルをクリックし、目的のオプションのチェックをプロットするデータを選択します。Y 軸のみのプロットしない項目をオフにします。X 軸 y 軸と電圧電流を表示するグラフを設定します。

次に、肯定的な 0.3 アンペアに 0.3 を負の y 軸のスケールを設定し、負の正 5 ボルトに 5 x 軸のスケールを設定します。

最初の実験で抵抗の異なる値に設定できますが、抵抗ボックスを使用して、抵抗の電圧で電流がどのように変化するのかを観察するために。

抵抗ボックスを 100 ω に設定します。一緒に、電源、電圧と電流センサー、抵抗ボックスの回路図に示すように、配線します。最後に、電源の電流と電圧の両方の出力を最大値に設定します。

データ コレクションを開始する緑の矢印アイコンをクリックします。ゆっくりとその最小値に電源電圧を減らします。電源のリード線を逆にし、ゆっくり増加する電圧最大値に戻します。これは、-5 から +5 までの範囲にまたがる電圧対電流のグラフになります。グラフがノイズの解放されるまでこの手順を繰り返しますし、データを格納します。

100 ω 抵抗電圧対電流のプロットは直線です。データを線形フィットを実行し、直線の傾きを記録します。斜面は、0.0100 アンプ/ボルト、抵抗の逆数に近い非常にする必要があります。

今抵抗ボックスを 200 ω に設定し、4:55 の範囲にわたって電圧対電流の別のプロットを取得する実験を繰り返すボルト。今回斜面は 0.00500 アンプ/ボルト、再び抵抗の逆数に近い非常にする必要があります。

一定した抵抗のオームの法則の抵抗に流れる電流は印加電圧に比例し、抵抗に反比例するという状態します。これは明らかに 100 ω と 200 ω の抵抗のデータです。

次の実験の模式図で示すように、小型白熱電球と抵抗ボックスを取り付けます。電源装置の電圧制御を最大に設定し、データ収集を開始します。ゆっくりと最小値に電圧を減らし、ゆっくり増加する電圧の最大値まで戻ってください。+5 ボルト 0.7 についての範囲にわたって電圧対電流のプロットが表示されます。

電源供給ケーブルを逆に最大に、電圧制御を設定し、最小値に電圧を軽減し再び最大値にそれを高めるプロセスを繰り返します。-0.7-5 ボルトについての範囲にわたって電圧対電流のプロットが表示されます。

電球の電圧と現在のプロットはほぼ線形抵抗器として同じはありませんです。一般的に現在ある特定の電圧で高い電圧が減少しているとき、それは同じ電圧ではに比べて電圧が増加しているときも示しています。

電圧を上げる場合は、フィラメントをウォーミング アップ。クーラーを起動するフィラメント、抵抗が低いと、電流はより高い。電圧を下げるとき、フィラメントで同じ動作の時点で高い抵抗および低い電流を得られるよう高い温度から冷却です。

今現在対電圧対電流の代わりに時間をプロットします。これを行うには、時間を測定する水平軸を変更します。

電球が明るく点灯するので、最大電圧を調整します。電源装置の電源を切ります。データ収集を開始し、電源を再びオンに緑色の矢印をクリックします。

直後に電源がオンにし、下の定数値に低下、電球に流れる電流は高い。電球はオフですが、フィラメントは室温で、比較的低抵抗。

電球を最初に投入、現在はその抵抗が小さいため高レベルにジャンプします。ただし、フィラメントの抵抗は温度が大幅に向上-フィラメント加熱抵抗が大きくなるし、電流が値下がりしました。最終的にその温度を安定化し、現在は一定。

最後に、電圧対電流を再度表示して、発光ダイオードを"LED"場所打ちの電球のように軸を設定します。一般的な LED の最大電流は約 30 mA、現在は LED を燃焼を防ぐために注意深く監視する必要がありますので。

LED の電圧の関数として現在のグラフを取得するのに前の実験から手順を使用します。最初、LED 間で正の電圧を適用し、最大から最小に電源電圧を調整します。電源供給ケーブルをスイッチし、LED の方向を観察する最大から最小電圧を調整します。

結果のプロットは、LED は電流を流す電圧がいる場合のみ肯定的な特定のしきい値よりも大きいことを示しています。ダイオードが有効になり、「一度すぐ電圧が上がるにつれて電流が増加します。ただし、負の電圧の電流は流れない。この現象は、現在の一方向バルブのような LED がどのように動作を示します。

電子ガジェットは、今日の世界では、遍在とオームの法則は、これらのガジェットの一つで再生する役割を持っています。

例えば、懐中電灯の電球は、シリーズの 2 つの 1.5 ボルトの電池で動作するように設計されています。したがって、適切な抵抗を電球を選ばれなければならない、電池が燃焼することがなく明るく輝く電球を作るに現在の適切な量を提供できるように。オームの法則は、電球の選択を導くのに役立ちます。

オームの法則の別のアプリケーションは、おそらく電気ショックのリスクを軽減するまたはデバイス自体を保護するために、特定のデバイスに供給される電流を制限することです。オームの法則が教えてくれる、与えられた電圧、抵抗値が高いほど、現在のより低い。したがって、デバイス シリーズに抵抗を配置するとして、我々 は、デバイスに流れる電流を制限し、任意の潜在的な損傷を防ぐためできます。

オームの法則のゼウスの概要を見てきただけ。今、電気部品、その抵抗、抵抗、電球や発光ダイオードの電気的挙動の違いによって生成された電流、電圧の関係を理解する必要があります。見てくれてありがとう!

A subscription to JoVE is required to view this article.
You will only be able to see the first 20 seconds.

RECOMMEND JoVE