Sähkötekniikkaa: Ohmin laki ja sähkötehon kaava

Ohmin laki

Ohmin laki kuvaa virran, jännitteen ja resistanssin keskinäistä riippuvuutta. Sen avulla voidaan selvittää virtapiirin suureita matemaattisesti. Ohminlaki asuttaa myös ymmärtämään useita hyvinkin arkipäiväisiä sähkötekniikan ilmiöitä.
Ohmin laki kirjoitetaan muotoon

U=RI josta saadaan johdettua seuraavat kaavat

I=U/R

R=U/I


Sähkötehon kaava

Teho on P

P=UI

U=P/I

I=P/U

Sähköteho kuvaa sekunnissa kulutettua tai tuotettua energiamäärää. Sähötehon tunnus on P ja yksikkö on watti W. Watti on johdettu yksikkö energian yksiköstä joulesta, 1W=1 J/s.

Sähköteho tulee usein vastaan kun puhutaan jonkin laitteen sähkönkulutuksesta

Esimerkkejä joidenkin laitteiden sähkötehoista
Auton ajovalopolttimo = 55W
Auton parkkipolttimo = 5W
Takalasinlämmitin = 200W
Jarruvalopolttimo = 25W
Ydinvoimala/generaattori  = 860MW

Lasku tehtäviä

T1 Laske virtapiirin teho, kun jännite on 12V ja virta 22,5 A.
P=?, U=12V, I=22,5A
P=U*I
P=12V*22,5A
P=270W

T2 1,1kW sähkömoottori pyörii 200 A virralla, mikä on jännite?
U=?, P=1100W, I=200A
U=P/I
U=1100W/200A
U=5,5V

T3 Virtapiirin virta on 21 A, jännite on 12 V, mikä on resistanssi?
R=?, I=21A, U=12V
R=U/I
R=12V/21A
R=0,571...ohmia

T4 Laturilta mitataan 52 A virta, latausjännite on 14,3 V, mikä on latausvirtapiirin resistanssi ja teho?
R=?, U=14,3V, I=52A
R=U/I
R=14,3V/52A
R=0,275 ohmia

P=?, U=14,3V, I=52A
P=U*I
P=14,3*52
P=743,6W

T5 Takalasinlämmittimen teho on 240 W, lämmittimeltä mitattu jännite on 12 V, mikä on virtapiirin resistanssi?
R=?, I=?, P=240W, U=12V
I=P/U
I=240W/12
I=20A

R=U/I
R=12V/20A
R=0,6 ohmia

T6 Generaattorin maksimiteho on 3kW, virtapiirin resistanssi 3 ohmia, jännite 12 V, mikä on virta?
I=?, R=3 ohmia, U=12V
I=U/R
I=12V/3 ohmia
I=4A


Virtalähteiden sarjaan- ja rinnankytkentä

Kaksi kahdentoista voltin jännitelähdettä kytketty sarjaan. Mitataan jännite sarjaankytkennästä, tulos 24 V. Kun yhden pariston tai akun jännite on tarvittavaa jännitettä pienempi, voidaan virtalähteen jännitettä lisätä kytkemällä useimpia pareja tai kennoja sarjaan. Sarjaan kytkennässä liitetään virtalähteiden erimerkkiset navat toisiinsa, kuten alla olevassa kuvassa.

Sarjaankytkennässä virtalähteen kapasiteetit eivät kertaannu. Esimerkiksi kun kytketään kaksi 65Ah sarjaan virtalähteeseen kokonaiskapasiteetti pysyy 65 Ah.

Kuvassa on kytketty kaksi 12 voltin akkua rinnan. Rinnankytkennästä mitataan jännite, jännite on 12V. Virtalähteet kytketään rinnan kytkemällä samanmerkkiset navat toisiinsa. Rinnankytkettäviä virtalähteitä voi olla kuinka monta tahansa, mutta niiden jännitteiden pitää olla yhtä suuret. Rinnan kytkettäessä kokonaisjännite ei muutu. Jännite pysyy muuttumattomana, mutta kuormitettavuus lisääntyy. Rinnan kytkettäessä esimerkiksi kaksi kapasiteetiltaan 60 ampeeritunnin akkua, jännitelähteen kapasiteetiksi tulee 120 ampeerituntia.