Wat is de wet van Ohm in één zin?

De spanning over een weerstand is gelijk aan de stroom maal de weerstand: U = I·R. Ken je twee van de drie grootheden, dan ligt de derde vast.

Hoe bereken ik het vermogen dat een weerstand verstookt?

Gebruik P = I²·R of P = U²/R. Bij 0,5 A door 24 Ω is dat 0,5² · 24 = 6 W. Reken dit altijd uit met de wet van Ohm-calculator en kies een weerstand met ruime marge.

Geldt de wet van Ohm voor een LED?

Niet rechtstreeks. Een LED is geen ohms component. Je past de wet wél toe op de voorschakelweerstand, waarover de spanning Vin − Vf staat.

Waarom wordt mijn weerstand zo heet?

Omdat hij vermogen dissipeert dat volledig in warmte wordt omgezet (P = I²·R). Overschrijdt dit het nominale vermogen, dan wordt hij te heet. Kies een type met hogere belastbaarheid.

Geldt de wet van Ohm ook bij wisselstroom?

Voor pure weerstanden wel. Bij condensatoren en spoelen vervang je R door de impedantie Z; de vorm U = I·Z blijft, maar met fase en frequentie-afhankelijkheid.

De wet van Ohm in de praktijk: U = I·R en het vermogenswiel

De wet van Ohm — U = I·R — is de meest gebruikte vergelijking in de hele elektronica. Toch loopt het in de praktijk vaak mis omdat hij verkeerd wordt toegepast: op een LED, op een halfgeleider, of zonder rekening te houden met de warmte die een weerstand moet verstoken.

Door Francesco Zinghinì

Vrijwel elke berekening die je in de elektronica maakt, herleidt zich uiteindelijk tot drie grootheden: spanning, stroom en weerstand. De wet van Ohm bindt ze samen in één eenvoudige betrekking: de stroom door een weerstand is recht evenredig met de spanning eroverheen en omgekeerd evenredig met de weerstandswaarde. In formulevorm staat dat als:

U = I · R

Hierin is U de spanning in volt, I de stroom in ampère en R de weerstand in ohm. Ken je twee van deze drie grootheden, dan ligt de derde onherroepelijk vast. Dat klinkt triviaal, maar het is de spil waar bijna alle praktische ontwerpbeslissingen om draaien. De wet van Ohm-calculator doet de drie varianten voor je: U = I·R, I = U/R en R = U/I.

Het vermogenswiel: vier grootheden, twaalf formules

De wet van Ohm wordt pas echt krachtig zodra je hem koppelt aan het elektrisch vermogen. Vermogen is de energie die per seconde wordt omgezet, gemeten in watt. De basisdefinitie luidt P = U·I. Door deze te combineren met U = I·R ontstaat het zogenoemde vermogenswiel: een set van twaalf formules waarmee je uit elke twee grootheden de andere twee kunt afleiden.

P = U · I = I² · R = U² / R

De drie vormen van P zijn onderling verwisselbaar en je kiest gewoon die welke past bij wat je weet. Heb je spanning en weerstand, dan gebruik je P = U²/R. Heb je stroom en weerstand, dan P = I²·R. De vermogen- en energiecalculator rekent dit door tot kWh en kosten als je de gebruiksduur kent. Een handig ezelsbruggetje: er zijn vier grootheden (U, I, R, P), en uit elk tweetal volgen de andere twee. Twaalf formules, maar slechts twee basiswetten.

Een concreet voorbeeld stap voor stap

Stel je hebt een voeding van 12 V en je wilt een belasting aansluiten die 0,5 A mag trekken. Welke weerstand heb je nodig en hoeveel vermogen verstookt die?

Weerstand: R = U/I = 12 / 0,5 = 24 Ω.
Vermogen: P = U·I = 12 · 0,5 = 6 W, of via P = I²·R = 0,5² · 24 = 6 W. Beide kloppen.

Die 6 watt is geen detail. Een gewone koolfilmweerstand is vaak gespecificeerd voor 0,25 W of 0,5 W. Een weerstand die 6 W moet verstoken, wordt gloeiend heet en gaat onmiddellijk stuk als hij daar niet voor gemaakt is. Je hebt dus een vermogensweerstand nodig, bijvoorbeeld een 10 W- of 15 W-type, het liefst met koeling. Reken het dissipatievermogen daarom altijd uit voordat je een type kiest.

Ohmse versus niet-ohmse componenten

Hier wordt de belangrijkste valkuil zichtbaar. De wet van Ohm geldt strikt alleen voor ohmse componenten: componenten waarvan de weerstand constant is, onafhankelijk van de aangelegde spanning. Gewone weerstanden, koperdraad en gloeidraden (bij constante temperatuur) gedragen zich ohms. Hun stroom-spanningskarakteristiek is een rechte lijn door de oorsprong.

Halfgeleiders gedragen zich totaal anders. Een diode, een LED of een transistor heeft een gekromde karakteristiek. Bij een LED loopt er onder een bepaalde drempelspanning vrijwel geen stroom, en daarboven schiet de stroom exponentieel omhoog bij de minste spanningsverhoging. Je kunt op zo'n component dus niet zomaar U = I·R loslaten om de stroom te bepalen — een kleine spanningsfout geeft een enorme stroomfout. Dat is precies waarom je voor een LED altijd een voorschakelweerstand gebruikt: de weerstand is wél ohms, en die begrenst de stroom op een voorspelbare manier. De wet van Ohm pas je dan toe op de weerstand, niet op de LED.

Waarom de gloeidraad een grensgeval is

Een gloeilamp is een leerzaam tussengeval. Bij constante temperatuur is de gloeidraad ohms, maar zodra er stroom loopt warmt hij op en stijgt zijn weerstand fors. De koude weerstand kan tien keer lager zijn dan de hete. Daarom trekt een gloeilamp bij het inschakelen een veel hogere inschakelstroom dan de nominale stroom. De wet van Ohm geldt op elk moment, maar R is geen vaste waarde meer. Dit illustreert dat 'ohms' eigenlijk 'bij gelijkblijvende omstandigheden' betekent.

De grote valkuil: een weerstand wordt heet

De meest onderschatte praktijkfout is het negeren van vermogensdissipatie. Alle elektrische energie die een weerstand opneemt, wordt omgezet in warmte — er gaat niets verloren aan iets anders. Die warmte moet ergens heen. Overschrijd je het nominale vermogen van de weerstand, dan loopt de temperatuur op tot de weerstand verkleurt, zijn waarde verloopt en uiteindelijk doorbrandt.

Een paar vuistregels die je veel ellende besparen:

Reken het dissipatievermogen altijd uit met P = I²·R of P = U²/R, niet pas als het misgaat.
Kies een weerstand met minstens tweemaal de berekende belastbaarheid als marge. Moet hij 0,4 W verstoken, neem dan minimaal een 1 W-type.
Vergeet niet dat de omgevingstemperatuur en de luchtcirculatie meetellen. Een weerstand in een dichte behuizing koelt slechter dan op een open print.
Bij hoge vermogens (vanaf enkele watt) heb je vaak een metaalbehuisde weerstand op een koellichaam nodig.

Wisselstroom: weerstand wordt impedantie

De wet van Ohm in de vorm U = I·R geldt zuiver alleen voor gelijkstroom of voor het ohmse deel van een schakeling. Zodra er condensatoren of spoelen in het spel zijn en de spanning wisselt, gedraagt het component zich frequentieafhankelijk. De rol van R wordt dan overgenomen door de impedantie Z, die ook reactantie omvat. Voor een condensator heet dat de capacitieve reactantie, voor een spoel de inductieve reactantie. De relatie blijft van dezelfde vorm — U = I·Z — maar nu met complexe getallen en fase. Voor pure weerstanden hoef je je daar niet om te bekommeren; voor filters en resonante kringen wel.

Spanning, stroom en weerstand: een waterleiding-analogie

Wie de wet van Ohm intuïtief wil begrijpen, heeft veel aan de klassieke vergelijking met een waterleiding. De spanning is als de druk in de leiding: het is de drijvende kracht die het water (de lading) wil voortbewegen. De stroom is de hoeveelheid water die per seconde langs een punt stroomt. De weerstand is een vernauwing in de leiding die het water tegenwerkt. Verhoog je de druk (spanning), dan stroomt er bij gelijke vernauwing meer water (stroom). Vernauw je de leiding (meer weerstand), dan stroomt er bij gelijke druk minder water. Precies dat zegt U = I·R.

De analogie helpt ook bij het vermogen: het vermogen is het werk dat het stromende water per seconde verricht — het product van druk en debiet, oftewel P = U·I. En ze verklaart waarom een weerstand warm wordt: net als water dat door een vernauwing perst wrijvingswarmte ontwikkelt, zet een weerstand elektrische energie om in warmte. De analogie is niet perfect — elektronen botsen anders dan watermoleculen — maar voor de basisintuïtie is ze uitstekend. Houd haar in gedachten als je een schakeling probeert te doorgronden.

Het meten in de praktijk

De theorie is mooi, maar in de praktijk meet je met een multimeter. Daarbij is het belangrijk te beseffen hóé je elke grootheid meet, want dat raakt aan de wet van Ohm. Spanning meet je altijd parallel, over een component heen: je legt de twee meetpennen aan beide kanten. Stroom meet je in serie: je moet de kring openbreken en de meter ertussen plaatsen, zodat de stroom dóór de meter loopt. Dat is meteen de reden waarom een stroommeting vergeten kan worden — je moet de schakeling onderbreken, wat omslachtiger is.

De weerstand meet je nooit terwijl de schakeling onder spanning staat: de ohmmeter stuurt zelf een klein meetstroompje en een externe spanning verstoort dat (of beschadigt de meter). Meet weerstanden dus altijd los, of in een spanningsloze kring. Wil je in een werkende schakeling de weerstand weten, dan meet je liever spanning en stroom en pas je R = U/I toe. Zo wordt de wet van Ohm letterlijk je meetgereedschap. Vergeet ook niet dat je multimeter zelf een inwendige weerstand heeft die de meting in hoogohmige kringen kan beïnvloeden.

Veelgemaakte rekenfouten

Tot slot een lijstje van fouten die ook ervaren hobbyisten af en toe maken:

Eenheden door elkaar. Reken in basiseenheden of wees consequent: milliampère met kilo-ohm geeft volt, maar milliampère met ohm geeft millivolt. Verkeerde machten van tien zijn de meest voorkomende fout.
De wet op een LED toepassen. Bereken nooit de LED-stroom met U = I·R op de LED zelf; gebruik de overgebleven spanning (Vin − Vf) over de voorschakelweerstand.
Vermogen vergeten. Een berekening die op papier klopt, kan in de praktijk een weerstand laten smelten als je de dissipatie niet controleert.
De interne weerstand van de bron negeren. Bij hoge stromen of een zwakke batterij zakt de klemspanning in; de 'ideale' 12 V is dan misschien nog maar 11 V onder belasting.

Beheers je deze punten, dan is de wet van Ohm geen schoolse formule meer maar een betrouwbaar gereedschap. Verdiep je daarna in het combineren van weerstanden met de E-reeks en in hoe spanningen zich verdelen via de spanningsdeler — beide bouwen rechtstreeks voort op wat hierboven staat. Wil je weten waarom 4,7 kΩ wél bestaat en 5 kΩ niet, lees dan onze gids over E-reeksen.