Разуменне закона Ома
Таксама вывучыце матэрыял па прыкладах пытанняў па законе Ома і абмеркаванне пытанняў па законе Ома.
Амаль ва ўсіх металічных правадніках, электрычнае поле прапарцыянальна шчыльнасць электрычнага току, дзе стаўленне электрычнага поля да шчыльнасці электрычнага току пастаяннае. Матэматычна выражаецца праз ураўненне:
ρ = E / J
Апісанне: E = электрычнае поле, ρ = супраціўленне, J = шчыльнасць электрычнага току.
Пастаянная прапарцыянальнасці ρ называецца ўдзельным супраціўленнем або рэзістыўным супраціўленнем, значэнне якой пастаяннае і не залежыць ад электрычнага поля, якое стварае электрычны ток.
Калі электрычнае поле павялічваецца, шчыльнасць электрычнага току таксама павялічваецца, і наадварот, калі электрычнае поле памяншаецца, шчыльнасць электрычнага току таксама памяншаецца, так што стаўленне электрычнага поля да шчыльнасці электрычнага току пастаяннае. Гэта сцвярджэнне закона Ома . Такім чынам, прыведзенае вышэй ураўненне тлумачыць закон Ома толькі тады, калі ρ пастаяннае і не залежыць ад электрычнага поля. Закон Ома не дзейнічае, калі значэнне ρ змяняецца пры змене электрычнага поля.
Аднак, электрычны патэнцыял (V) лягчэй вымераць, чым электрычнае поле (E), і электрычны ток (I) таксама лягчэй вымераць, чым шчыльнасць электрычнага току (J). Такім чынам, акрамя таго, што закон Ома выражаецца праз электрычнае поле , шчыльнасць электрычнага току і супраціўленне (ρ), ён таксама выражаецца праз электрычны патэнцыял , электрычны ток і электрычнае супраціўленне (R).
Спачатку разгледзім праваднік, які мае даўжыню (l), плошчу папярочнага сячэння (А), і паміж двума канцамі якога існуе рознасць электрычных патэнцыялаў (V). Калі электрычнае поле аднароднае, г.зн. аднолькавае паўсюль, то сувязь паміж электрычным полем і рознасцю электрычных патэнцыялаў выражаецца ўраўненнем V = E s ( гэта ўраўненне абмяркоўвалася ў матэрыяле па электрычным патэнцыяле ). Калі шчыльнасць электрычнага току аднародная, г.зн. аднолькавая паўсюль, то сувязь паміж шчыльнасцю электрычнага току і электрычным токам выражаецца ўраўненнем I = JA ( гэта ўраўненне абмяркоўвалася ў матэрыяле па электрычным току ).
Каб атрымаць ураўненне, якое адлюстроўвае сувязь паміж электрычным патэнцыялам (V), электрычным токам (I) і электрычным супраціўленнем (R), заменіце E і J у раўнанні супраціву на E у раўнанні электрычнага патэнцыялу і J у раўнанні электрычнага току:
Гэта ўраўненне тлумачыць сувязь паміж электрычным патэнцыялам (V), сілай току (I) і электрычным супраціўленнем (R) у правадніку. Зыходзячы з гэтага ўраўнення, можна сцвярджаць, што электрычнае супраціўленне ў правадніку — гэта стаўленне рознасці электрычных патэнцыялаў да сілы току ў правадніку.
Закон Ома сцвярджае, што суадносіны рознасці электрычных патэнцыялаў да сілы току з'яўляецца пастаяннай велічынёй. Іншымі словамі, гэтае ўраўненне тлумачыць закон Ома толькі тады, калі электрычнае супраціўленне (R) пастаяннае. Закон Ома не дзейнічае, калі электрычнае супраціўленне не пастаяннае, г.зн. яно змяняецца.
Пры вывадзе прыведзенага вышэй ураўнення электрычнае супраціўленне (R) правадніка таксама звязана з удзельным супраціўленнем (ρ), даўжынёй правадніка (l) і плошчай папярочнага сячэння (A) правадніка. Матэматычна гэта выражаецца ўраўненнем:
Больш падрабязна гэтае ўраўненне абмяркоўваецца ў артыкуле пра электрычнае супраціўленне.
Формула закона Ома
Закон Ома тлумачыцца двума ўраўненнямі, а менавіта ρ = E/J і R = V/I. Варта адзначыць, што гэтыя два ўраўненні з'яўляюцца ўраўненнямі закона Ома толькі тады, калі ρ пастаяннае і R пастаяннае. Калі ρ і R правадніка змяняюцца, гэтыя два ўраўненні не тлумачаць закон Ома, але ρ = E/J тлумачыць удзельнае супраціўленне правадніка, а R = V/I тлумачыць электрычнае супраціўленне правадніка.
Раўнанне ρ = E/J можна запісаць як E = ρ J. Калі ρ пастаяннае, то E прама прапарцыянальна J, гэта значыць, што калі E павялічваецца, то J павялічваецца, або калі E памяншаецца, то J памяншаецца.
Аналагічна, ураўненне R = V/I можна запісаць як V = I R. Калі R пастаянны, V прама прапарцыйны I, гэта значыць, што калі V павялічваецца, I павялічваецца, або калі V памяншаецца, I памяншаецца.
Матэрыялы, якія падпарадкоўваюцца закону Ома, называюцца омічнымі, а матэрыялы, якія не падпарадкоўваюцца закону Ома, — неомічнымі. Амаль усе металічныя праваднікі з'яўляюцца омічнымі, у той час як многія іншыя матэрыялы з'яўляюцца неомічнымі.
У неомічных матэрыялах электрычны супраціў не пастаянны, а змяняецца ў залежнасці ад сілы току і рознасці патэнцыялаў. Гэта азначае, што пры змене сілы току супраціўленне матэрыялу таксама змяняецца, і аналагічна, пры змене напружання супраціўленне матэрыялу таксама змяняецца. Паколькі электрычны супраціў змяняецца, у неомічных матэрыялах напружанне (V) не прама прапарцыянальна сіле току (I).
Графікі V, I і R
У омічных матэрыялах суадносіны V да I пастаяннае і пазначаецца прамой лініяй. Прыкладамі омічных матэрыялаў з'яўляюцца металічныя праваднікі. У той жа час у неомічных матэрыялах суадносіны V да I не пастаяннае і пазначаецца крывой лініяй. Прыкладамі неомічных матэрыялаў з'яўляюцца паўправадніковыя дыёды і транзістары.
Закон Ома распаўсюджваецца толькі на омічныя матэрыялы, а не на ўсе, таму няправільна называць яго законам, падобным да законаў Ньютана ці іншых законаў фізікі. Законы фізікі насамрэч распаўсюджваюцца на ўсе аб'екты, а не толькі на пэўныя. Аднак выкарыстанне закона Ома стала распаўсюджанай практыкай, таму ён усё яшчэ называецца законам Ома, пакуль памятаецца, што закон Ома распаўсюджваецца толькі на омічныя аб'екты. Акрамя закона Ома, яшчэ адным прыкладам распаўсюджанай памылкі з'яўляецца выкарыстанне закона ідэальнага газу або закона Гука.
