Ohms lov: slik henger volt, ohm og ampere sammen

Kobler du en motstand på 3 Ω til en spenning på 9 V, vil det gå en strøm på 3 A gjennom motstanden. Sammenhengen mellom spenning, strøm og resistans beskrives av én enkel likning, nemlig den verdenskjente Ohms lov: U = R · I. Her skal du lære hva disse størrelsene faktisk betyr, hvorfor strømretningen regnes motsatt av elektronenes faktiske bevegelse, og hvordan du regner med Ohms lov uten å rote.

Elektrisk strøm, spenning og potensial

Det er lett å gå i surr når det kommer til de ulike begrepene, spesielt når de er tett knyttet sammen.

Kort sagt er elektrisk strøm ladninger i bevegelse. For at det skal gå en elektrisk strøm gjennom en krets, må det være en spenningsforskjell. Uten en spenningsforskjell, vil ikke ladningene bevege seg gjennom kretsen, og vi får dermed ingen elektrisk strøm.

Elektrisk spenning kan tenkes på som «trykket» som dytter ladningene gjennom en krets. Vi kan sammenligne det med vann i en hageslange. Vanntrykket driver vannet gjennom slangen, på samme måte som spenningsforskjellen driver ladningene gjennom kretsen. Jo større vanntrykket er, desto mer vann kan strømme gjennom slangen. På samme måte kan en større spenning gi større elektrisk strøm.

Hva er elektrisk spenning?

Elektrisk spenning forteller hvor mye energi hver ladning får med seg på veien. Symbolet er U, og enheten er volt (V). Mer presist er spenning forskjellen i elektrisk potensial mellom to punkter i kretsen. Den er definert som arbeid per ladning: hvor mye arbeid som utføres for å flytte én enhet ladning fra det ene punktet til det andre.

Et batteri på 9 V betyr altså at hver coulomb ladning som passerer gjennom batteriet får med seg 9 joule energi. Ett volt er nemlig ett joule per coulomb. Jo høyere spenning, jo mer energi per ladning.

Elektrisk potensial: tenk høyde i terreng

For å forstå spenning kan det være nyttig å sammenligne med høyde.

Om du befinner deg høyt over bakken, har du større potensiell energi enn om du befant deg nede på bakken. Det er høydeforskjellen mellom de to stedene som avgjør hvor mye potensiell energi du kan miste når du beveger deg fra det ene stedet til det andre.

På samme måte kan forskjellige punkter i en elektrisk krets ha forskjellig elektrisk potensial. Elektrisk potensial beskriver den elektriske potensielle energien per ladning i et bestemt punkt. Et batteri opprettholder en slik potensialforskjell mellom polene sine. Når batteriet kobles inn i en lukket krets, kan denne forskjellen føre til at det går strøm gjennom kretsen.

Hvorfor går strømmen «feil vei»?

Dette forvirrer mange. Elektronene i en metalledning beveger seg fra lavere til høyere elektrisk potensial, altså fra minus mot pluss. Men strømretningen, slik den er definert i fysikken, regnes motsatt vei: fra pluss til minus, altså fra høyere til lavere potensial.

Definisjonen stammer fra tiden før elektronet var oppdaget, da man antok at det var positiv ladning som beveget seg og ikke elektroner, slik vi vet i dag. Selv om dette viste seg å være feil, ble konvensjonen stående. I praksis spiller det ingen rolle for utregningene dine, så lenge du er konsekvent.

Hva er resistans?

Resistans er motstanden ladningene møter når de beveger seg gjennom en leder. Symbolet er R, og enheten er ohm (Ω). Hvor stor resistansen er, avhenger blant annet av hvilket materiale lederen er laget av, og hvor lang og tykk den er.

Du kan tenke deg to sykkelpumper: én med tykk slange og én med tynn slange. Med den tykke slangen kommer luften lett gjennom, og du får pumpet mye luft raskt. Med den tynne slangen må du jobbe hardere for å få gjennom like mye.

Samme prinsipp gjelder for en elektrisk leder. Tynn ledning gir høy resistans og lite strøm. Tykk ledning gir lav resistans og mer strøm ved samme spenning.

Hva er Ohms lov? U = R · I

De tre størrelsene bindes sammen av Ohms lov: U = R · I der U er spenning i volt, R er resistans i ohm og I er strøm i ampere. Loven kan snus etter hva du er ute etter:

Regneeksempler

Oppgave: finn strømmen. En krets har en motstand på R = 3 Ω og en spenningskilde på U = 9 V. Hvor stor er strømmen?

I = U / R = 9 V / 3 Ω = 3 A

Bytt til en motstand på 9 Ω med samme batteri, og strømmen faller til 1 A. Tredobler du resistansen, blir strømmen en tredjedel så stor.

Oppgave: finn spenningen. En lysdiode trenger en motstand på R = 220 Ω, og det skal gå en strøm på I = 50 mA gjennom kretsen. Hvor stor spenning trenger du?

Først gjør du om milliampere til ampere: 50 mA = 0,050 A. Så bruker du formelen direkte:

U = R · I = 220 Ω · 0,050 A = 11 V

Hadde du glemt omregningen og satt inn 50, ville du fått 11 000 V. Enhetene avgjør om svaret blir riktig.

Oppgave: finn resistansen. En billyspære kobles til et batteri på U = 12 V, og det går en strøm på I = 0,5 A gjennom pæra. Hvor stor er resistansen?

Her snur du på likningen og deler spenning på strøm:

R = U / I = 12 V / 0,5 A = 24 Ω

Viktig å huske

Spenning og strøm er ikke det samme. Spenning forteller hvor mye energi som overføres per ladning, mens strøm forteller hvor mye ladning som passerer et punkt per sekund.

Spenning måles mellom to punkter. Når vi sier at spenningen over et batteri er 9 V, mener vi at forskjellen i elektrisk potensial mellom de to polene er 9 V.

Pass på enhetene når du bruker Ohms lov. Spenning oppgis i volt, resistans i ohm og strøm i ampere. Dersom du får andre enheter, kan det være nødvendig å gjøre dem om før du regner.

For eksempel må 1 mA gjøres om til 0,001 A, og 1kΩ gjøres om til 1000Ω, før du kan bruke Ohms lov.

Til slutt er det viktig å skille mellom strømretningen og elektronenes bevegelse. Den definerte strømretningen går fra pluss til minus, mens elektronene i en metallisk leder beveger seg fra minus til pluss.

Ofte stilte spørsmål

Lær mer

Elektrisk spenning og resistans er grunnlaget for alt annet i elektrisitetsdelen av Fysikk 1: serie- og parallellkoblinger, effekt, og energiregnskap i kretser. Når du får disse tre størrelsene og sammenhengen under huden, blir resten mye lettere. På EnkelEksamen finner du videoundervisning i Fysikk 1 der dette forklares steg for steg, med oppgaver og løsningsforslag

REA3038

Fysikk 1 – Privatist

Prøv gratis

Kjøp faget

REA3038

Fysikk 1 – VGS

Prøv gratis

Kjøp faget