Tìm hiểu bốn đại lượng
Mỗi đại lượng trong định luật Ohm có một đơn vị SI riêng và có thể tính được từ hai đại lượng cơ bản còn lại.
| Đại lượng | Ký hiệu | Đơn vị SI | Công thức |
|---|---|---|---|
| Điện áp | V | vôn (V) | V = I × R |
| Dòng điện | I | ampe (A) | I = V ÷ R |
| Điện trở | R | ôm (Ω) | R = V ÷ I |
| Công suất | P | oát (W) | P = V × I |
- Định luật Ohm chỉ chính xác với các linh kiện tuân theo định luật Ohm (tuyến tính) ở nhiệt độ không đổi; bóng đèn sợi đốt, diode và bán dẫn đều lệch khỏi quy luật này.
- Điện trở của vật dẫn kim loại tăng theo nhiệt độ, nên giá trị đo khi nguội sẽ khác với giá trị khi đang tải.
- Máy tính này phục vụ mục đích học tập và ước tính thiết kế. Mọi công việc trên hệ thống điện phải tuân thủ quy chuẩn điện địa phương và được thực hiện hoặc kiểm tra bởi thợ điện có chuyên môn.
Định luật Ohm là gì?
Định luật Ohm phát biểu rằng dòng điện chạy qua một vật dẫn giữa hai điểm tỷ lệ thuận với điện áp giữa hai điểm đó và tỷ lệ nghịch với điện trở giữa chúng: I = V ÷ R, thường viết là V = I × R. Định luật này được nhà vật lý người Đức Georg Simon Ohm công bố năm 1827 và là mối quan hệ nền tảng của phân tích mạch điện. Đơn vị SI tương ứng là vôn (V) cho điện áp, ampe (A) cho dòng điện và ôm (Ω) cho điện trở.
Công suất điện được suy ra trực tiếp từ các đại lượng trên: P = V × I, đo bằng oát (W). Thay định luật Ohm vào ta có hai dạng tương đương P = I² × R và P = V² ÷ R, cho phép tính công suất từ bất kỳ hai trong ba đại lượng cơ bản. Bốn đại lượng này liên hệ với nhau qua mười hai công thức biến đổi, thường được vẽ thành 'vòng tròn định luật Ohm'.
Định luật Ohm chỉ đúng chính xác với các linh kiện tuân theo định luật Ohm (ohmic) — tức là những linh kiện có điện trở không đổi trong phạm vi hoạt động, chẳng hạn như vật dẫn kim loại ở nhiệt độ ổn định. Nhiều thiết bị thực tế lại không tuân theo định luật Ohm: điện trở của bóng đèn sợi đốt tăng lên khi nóng, còn diode và transistor hoàn toàn không có quan hệ V–I tuyến tính. Điện trở của vật dẫn cũng thay đổi theo nhiệt độ, nên các giá trị tính toán chỉ chính xác ở điều kiện đã nêu.
Cách sử dụng máy tính định luật Ohm này
- Chọn đại lượng cần tìm: điện áp, dòng điện, điện trở hoặc công suất.
- Nhập hai giá trị đã biết — ví dụ điện áp và điện trở để tìm dòng điện. Ở chế độ công suất, máy tính dùng điện áp và điện trở, rồi suy ra dòng điện.
- Đọc kết quả cả bốn đại lượng: máy tính hoàn thiện bộ số liệu bằng công thức V = I × R và P = V × I.
- Kiểm tra đơn vị: kết quả tính theo vôn, ampe, ôm và oát; hãy đổi mili-ampe hoặc kilôôm sang đơn vị cơ bản trước khi nhập.
Các công thức của định luật Ohm
Hai mối quan hệ chi phối là V = I × R và P = V × I. Mọi dạng khác đều là biến đổi đại số: I = V ÷ R, R = V ÷ I, P = I² × R, P = V² ÷ R, v.v.
Ví dụ minh họa: nguồn 12 V đặt vào điện trở 6 Ω. Dòng điện I = 12 ÷ 6 = 2 A, công suất P = 12 × 2 = 24 W. Kiểm tra lại bằng các công thức khác: P = I² × R = 4 × 6 = 24 W, và P = V² ÷ R = 144 ÷ 6 = 24 W — cả ba cách đều cho cùng kết quả.
Những sai lầm thường gặp
- Nhập đơn vị lẫn lộn — mili-ampe, kilôôm hoặc mili-vôn phải được đổi sang ampe, ôm và vôn trước (500 mA = 0,5 A; 2,2 kΩ = 2.200 Ω).
- Áp dụng định luật Ohm cho các linh kiện không tuân theo định luật Ohm như diode, đèn LED hoặc bóng đèn, vốn có điện trở thay đổi theo điểm làm việc.
- Nhầm lẫn công suất với năng lượng: công suất (W) là một tốc độ; mức tiêu thụ năng lượng bằng công suất nhân với thời gian (Wh hoặc kWh).
- Quên rằng điện trở đo khi mạch không có điện có thể khác đáng kể so với điện trở thực tế khi đang hoạt động ở nhiệt độ vận hành.
Câu hỏi thường gặp
Công thức của định luật Ohm là gì?
V = I × R: điện áp (vôn) bằng dòng điện (ampe) nhân với điện trở (ôm). Biến đổi lại, I = V ÷ R và R = V ÷ I. Thêm công thức công suất P = V × I, bạn có thể tính bất kỳ đại lượng nào trong bốn đại lượng — điện áp, dòng điện, điện trở, công suất — từ hai đại lượng đã biết.
Làm sao để tính công suất từ điện áp và dòng điện?
Nhân chúng với nhau: P = V × I. Một thiết bị tiêu thụ 2 A từ nguồn 12 V sẽ tiêu tán 24 W. Nếu biết dòng điện và điện trở, dùng P = I² × R; nếu biết điện áp và điện trở, dùng P = V² ÷ R. Cả ba công thức đều tương đương theo định luật Ohm.
Định luật Ohm có áp dụng cho mạch xoay chiều (AC) không?
Dạng công thức tương tự áp dụng cho AC, nhưng điện trở được tổng quát hóa thành trở kháng (Z), kết hợp điện trở với điện kháng phụ thuộc tần số của cuộn cảm và tụ điện: V = I × Z. Với tải AC thuần trở, công thức DC áp dụng trực tiếp bằng cách dùng giá trị hiệu dụng (RMS) của điện áp và dòng điện. Máy tính này tính cho trường hợp thuần trở (DC).
Sự khác biệt giữa điện áp, dòng điện và điện trở là gì?
Điện áp là hiệu điện thế đẩy điện tích di chuyển trong mạch, đo bằng vôn. Dòng điện là tốc độ dịch chuyển điện tích, đo bằng ampe. Điện trở là sự cản trở mà vật liệu tạo ra đối với dòng điện đó, đo bằng ôm. Định luật Ohm liên kết cả ba: một vôn đẩy một ampe qua một ôm.
Tại sao giá trị đo được lại khác với giá trị tính toán?
Các linh kiện thực tế có sai số (điện trở thường ±1–5%), điện trở vật dẫn thay đổi theo nhiệt độ, đồng hồ đo cũng có giới hạn độ chính xác riêng, và điện áp nguồn có thể sụt khi có tải. Bản thân định luật Ohm là chính xác đối với linh kiện tuân theo định luật Ohm; sai lệch thường đến từ các yếu tố thực tế này chứ không phải từ công thức.
Dùng máy tính này cho hệ thống điện lưới có an toàn không?
Máy tính này chỉ là công cụ học tập và ước tính. Công việc trên hệ thống điện lưới và dây dẫn cố định phải tuân theo quy chuẩn điện địa phương và ở hầu hết các khu vực pháp lý phải do thợ điện có chuyên môn thực hiện hoặc kiểm định. Hãy dùng kết quả để hiểu về mạch điện, không phải để tự ý can thiệp vào hệ thống điện đã lắp đặt.
Tài liệu tham khảo
- Ohm GS. Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet. Berlin, 1827 — original statement of Ohm's law.
- Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). The International System of Units (SI Brochure), 9th edition, 2019 — definitions of the volt, ampere, ohm and watt.
- Horowitz P, Hill W. The Art of Electronics, 3rd edition, Cambridge University Press, 2015 — Ohm's law and non-ohmic devices.