Ohms lov — kredsløbsmåling

Fysik C · STX · C-niveau · Eksperimentelt arbejde

⚛️ Ohms lov — kredsløbsmåling

Ohms lov (Georg Ohm, 1827): U = R·I, hvor U = spænding (V = J/C), R = modstand (Ω), I = strømstyrke (A = C/s).

Definition: 1 V skubber 1 A gennem 1 Ω. Modstand R afhænger af materiale (resistivitet ρ), længde L og tværsnit A: R = ρ·L/A. Kobber har ρ = 1,7·10⁻⁸ Ω·m (god leder). Glas ρ = 10¹⁰ Ω·m (isolator).

Temperatur-afhængighed: metaller — R stiger med T. Halvledere — R falder med T (modsat — flere fri ladningsbærere).

Ohmiske vs. ikke-ohmiske komponenter: Ohmisk = U/I = konstant (ren modstand). Ikke-ohmisk = krummet I-U-karakteristik (glødelampe, diode, transistor).

Eksempel: 10 Ω modstand sluttes til 9 V batteri. I = U/R = 9/10 = 0,9 A. Effekt P = U·I = 9·0,9 = 8,1 W.

Sikring i lampe: hjem-lampe 60 W ved 230 V. I = P/U = 60/230 = 0,26 A. R = U²/P = 230²/60 = 882 Ω (under brug).

Kirchhoff knude-regel: Σ I_ind = Σ I_ud (ladningsbevarelse).

Kirchhoff maske-regel: Σ U omkring sløjfe = 0 (energibevarelse).

Voltmeter: målt over (parallelt) — høj indre R (>10 MΩ).

Amperemeter: målt gennem (serie) — lav indre R (<1 Ω).

Læringsmål

• Verificere Ohms lov ved at måle U og I for en modstand og beregne R = U/I
• Opstille kredsløb korrekt: voltmeter parallelt over komponent, amperemeter i serie
• Tegne I-U-karakteristik og forklare hvad hældningen fortæller (R = U/I = 1/hældning i I-U-diagram)
• Skelne ohmisk (lineær I-U) fra ikke-ohmisk komponent (fx glødelampe — stiger med temperatur)
• Identificere fejlkilder: voltmeter- og amperemeter-indre modstand, kontaktmodstand

Sådan kan du arbejde med emnet

• Beregn: et kredsløb har U = 12 V og I = 0,24 A. Hvad er modstanden? Hvad er effekten P = U·I?
• Forklar med tegning: hvad er forskellen på voltmeter og amperemeter tilslutning, og hvorfor placeres de forskelligt?
• Undersøg en glødelampe: hvorfor er dens I-U karakteristik ikke lineær? (hint: modstand stiger med temperatur)

Eksperiment-forslag

• Opstil et kredsløb med en ukendt modstand, mål U og I for 5-6 spændingsindstillinger, og plot I-U-diagrammet — hældningen giver R.
• Mål I-U-karakteristikken for en glødelampe og sammenlign med en fast modstand — diskuter, hvad forskellen siger om temperaturafhængighed.
• Byg et serie- og et parallelkredsløb med to modstande og verificér, at R_serie = R₁ + R₂ og 1/R_parallell = 1/R₁ + 1/R₂.

Brobygning

Når kredsløbsmålingerne sidder fast, er det tid til en helt anden type bølge — lydbølger, der breder sig i luft. Næste emne er 'Lydhastighed — bølgelængde og frekvens'.