El-kredsløb og Ohms lov

Fysik B · STX · B-niveau · Eksperimentelt arbejde

⚛️ El-kredsløb og Ohms lov

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

• Planlægge og udføre fysik-eksperimenter
• Behandle data med usikkerhedsanalyse
• Skrive forsøgsrapport med metode og diskussion
• Anvende CAS til grafisk analyse og regression
• Dokumentere eksperimentelle resultater korrekt

Sådan kan du arbejde med emnet

• Beskriv opstillingen af et forsøg, der verificerer Ohms lov for en modstand
• Forklar, hvordan man ud fra måledata kan bestemme modstandens værdi
• Diskutér, hvilke fejlkilder der kan påvirke en måling af spænding og strøm

Eksperiment-forslag

• Byg et kredsløb med kendt modstand, mål U og I med multimeter, og bestem R via Ohms lov — sammenlign med den aflæste/teoretiske værdi.
• Optag en I-U-karakteristik for en glødepære eller diode (ikke-ohmisk), og diskuter hvorfor grafen ikke er en ret linje.
• Verificér Kirchhoffs knude- og maskeregler i et seriel/parallelt kredsløb med 3 modstande.

Brobygning

Elektrisk strøm er ladninger i bevægelse — men lys er en bølge, der ændrer retning, når den skifter medium. Næste emne er 'Snells lov og optik'.