オームの法則とは
オームの法則は、電気工学の基本原理であり、電流、電圧、および抵抗の間の関係を記述しています。この法則は、電気伝導体の大部分について、電流の多くの桁にわたって正確に伝導性を記述する実証的な関係です。しかし、オームの法則に従わない材料もあり、これらは非オーム性材料と呼ばれます。
オームの法則の定義
オームの法則は、次の3つの方法で述べられます。
1. 適用された電圧は、回路の電流と回路の抵抗の積に等しい。この概念の数学的表現は以下の方程式で示されます。
V = I × R
2. 電流は、適用された電圧を回路の抵抗で割ったものに等しい。この概念の数学的表現は以下の方程式で示されます。
I = V / R
3. 回路の抵抗は、適用された電圧を回路の電流で割ったものに等しい。この概念の数学的表現は以下の方程式で示されます。
R (または Ω) = V / I
オームの法則の応用
オームの法則は、電気工学の多くの実用的な応用に使用されます。例えば、回路設計、電気安全、電力分配、および電子機器のトラブルシューティングなどです。この法則を使用して、所望の電流と電圧レベルを達成するために必要な抵抗器、キャパシタ、および他のコンポーネントの適切な値を決定できます。
オームの法則の理論
オームの法則は、導体内の電子の挙動を微視的レベルで理解することにより説明できます。導体、例えば金属線内では、物質を移動することができる自由電子が存在します。これらの電子は移動する際、導体の原子と衝突し、その動きに対する抵抗を生じさせます。電圧が導体に適用されると、特定の方向に電子を動かす電場が生じます。この電場により電子は加速され、導体を通って移動しますが、電子は直線上ではなく、導体の原子との衝突によってランダムな動きをします。これは、電子の流れに対する抵抗を生じさせ、電場のエネルギーの一部を熱に変換させます。
オームの法則 – 水力学的アナロジー
水力学的アナロジー、または電気-流体アナロジーは、水力学と電気との間の広く使用されるアナロジーであり、回路の動作を理解するのに苦労している人々にとって有用な教育ツールです。電圧はホースを通して水を押し出す圧力差のようなものであり、電流は水の流れの量のようなものです。抵抗は、水の流れを遅くするホース内の障害物や管の直径のようなものです。
オームの法則の例
ここにオームの法則を使用して計算する2つの例があります。
例1: 回路の抵抗が10オームで、電圧が20ボルトの場合、回路を通る電流をオームの法則を使用して計算できます。
I = 20 V / 10 Ω = 2 A
例2: 回路の電流が0.5アンペアで、抵抗が100オームの場合、回路の電圧をオームの法則を使用して計算できます。
V = 0.5 A × 100 Ω = 50 V
