Ohm Yasası: Gerilim, Akım ve Direnç İlişkisi

Ohm yasasının tanımı ve V = I · R bağıntısı

Ohm yasası, bir iletkenin uçları arasındaki gerilim ile iletkenden geçen akım arasındaki ilişkiyi tanımlar. Direnç sabit kaldığında akım, gerilimle doğru orantılıdır. Bu ilişki V = I · R biçiminde yazılır. Burada V gerilimi, I akımı, R ise direnci gösterir.

Bağıntının çalışma mantığında gerilim, yüklerin iletken içinde hareket etmesini sağlayan etki; akım ise bu hareketin sonucunda oluşan elektrik yükü akışıdır. Direnç, iletkenin yük akışına karşı gösterdiği engelin ölçüsüdür. Bu nedenle aynı dirençte gerilim artırılırsa akım da artar; direnç büyütülürse aynı gerilim altında akım azalır.

Örneğin 12 V gerilim uygulanan 100 Ω dirençten geçen akım I = V / R ile bulunur: I = 12 / 100 = 0,12 A. Yani bu koşullarda dirençten 0,12 amper akım geçer.

Gerilim, akım ve direnç kavramları ile birimleri

Gerilim, elektrik yüklerini hareket ettiren potansiyel farktır ve V harfiyle gösterilir. Birimi volttur (V). Akım, bir iletkenin belirli bir kesitinden birim zamanda geçen elektrik yükü miktarıdır; I harfiyle gösterilir ve amper (A) birimiyle ölçülür. Direnç, bir iletkenin veya devre elemanının elektrik yüklerinin akışına karşı koyma derecesidir. R harfiyle gösterilir ve birimi ohm (Ω) olarak yazılır.

Akımın yönü, pozitif yüklerin hareket edeceği yön kabul edilerek tanımlanır. Direnç, metal içindeki safsızlıklar ve yüklerin malzeme içindeki çarpışmaları gibi etkenlerin akım geçişini zorlaştırmasıyla ilişkilidir. Ohm yasasında gerilim, akımı oluşturan neden; akım ise bu etkinin sonucu olarak düşünülebilir.

Formülün bilinmeyen büyüklüğü bulmak için düzenlenmesi

V = I · R bağıntısında hangi büyüklük bilinmiyorsa formül o büyüklüğü yalnız bırakacak şekilde düzenlenir. Gerilim bilinmiyorsa V = I · R kullanılır. Akım bilinmiyorsa I = V / R, direnç bilinmiyorsa R = V / I yazılır. Böylece verilen iki elektriksel büyüklükten yararlanılarak üçüncüsü hesaplanabilir.

Örneğin bir direnç üzerindeki gerilim 24 V ve direnç değeri 8 Ω ise akım I = V / R = 24 / 8 = 3 A olur. Akım 2 A ve direnç 15 Ω verilmişse gerilim V = I · R = 2 · 15 = 30 V bulunur. Gerilim 18 V, akım 3 A ise direnç R = V / I = 18 / 3 = 6 Ω'dur. Birden fazla direncin devredeki bağlantılarına göre hesaplanması ise ayrı bir devre hesaplama konusudur.

Gerilim, akım ve direnç arasındaki orantısal ilişki

Direnç sabit tutulduğunda akım ile gerilim doğru orantılıdır. Gerilim iki katına çıkarılırsa akım da iki katına çıkar; gerilim yarıya indirilirse akım da yarıya iner. Örneğin 10 Ω dirençte 5 V gerilim 0,5 A akım oluşturuyorsa, gerilim 10 V olduğunda akım 1 A olur.

Gerilim sabitken akım dirençle ters orantılıdır. Direnç iki katına çıkarılırsa akım yarıya iner; direnç yarıya düşürülürse akım iki katına çıkar. Bunun nedeni I = V / R biçiminde yazılan bağıntıda, sabit V değerinin paydada bulunan R'ye bölünmesidir. Gerilim-akım grafiğinde direnç sabit kaldığında bu doğru orantı, başlangıç noktasından geçen doğrusal bir ilişki olarak tanıtılabilir.

Ohm yasasının geçerlilik koşulları ve ohmik iletken

Ohm yasası, direnci çalışma koşulları boyunca yaklaşık olarak sabit kalan iletken ve devre elemanlarında geçerlidir. Bu tür maddelere ohmik iletken veya ohmik malzeme denir. Ohmik malzemelerde geniş bir gerilim ve akım aralığında direnç esas olarak değişmediği için V ile I arasındaki ilişki doğrusal kalır. Bakır, alüminyum ve gümüş gibi iyi iletkenler, uygun koşullarda ohmik davranış gösterebilir.

Sıcaklık değişimi direnci etkileyebileceğinden bağıntı her koşulda sınırsız biçimde uygulanamaz. Çok yüksek sıcaklıklarda atomların ısıl hareketi elektronların akışını zorlaştırarak direnci artırabilir; çok düşük sıcaklıklarda ise direnç çok azalabilir. Bu nedenle bir hesapta V = I · R kullanmadan önce elemanın ohmik kabul edilip edilmediği ve direncin sabit kalıp kalmadığı dikkate alınmalıdır. Ohmik olmayan iletkenler ve ampulün gerilim-akım davranışı bu makalenin kapsamı dışındaki ayrı bir konudur.

Birim dönüşümleri, semboller ve yaygın hesaplama hataları

Hesaplamadan önce gerilimi volt (V), akımı amper (A) ve direnci ohm (Ω) cinsinden aynı birim düzenine getirmek gerekir; 1 kΩ = 1000 Ω ve 1 mA = 0,001 A'dır. V, I ve R sembollerini karıştırmak, I = V / R yerine I = V · R yazmak veya sonucu yanlış birimle vermek yaygın hatalardır.