Definicija Ohmovog zakona
U gotovo svim metalnim provodnicima, električno polje je proporcionalno gustoći električne struje, gdje je odnos električnog polja i gustoće električne struje konstantan. Matematički se izražava jednačinom:
ρ = E / J
E = električno polje , ρ = otpornost , J = gustina struje
Konstanta ρ naziva se otpornost, čija je vrijednost konstantna i ne zavisi od električnog polja koje uzrokuje električnu struju.
Ako se električno polje poveća, gustoća električne struje se također povećava, dok se ako se električno polje smanji, gustoća električne struje se također smanjuje.
tako da je odnos električnog polja i gustoće električne struje konstantan. Ovo je Ohmova pravna izjava. Dakle, gornja jednačina objašnjava Ohmov zakon samo kada je ρ konstantan i ne zavisi od električnog polja. Ohmov zakon ne važi ako se vrijednost ρ mijenja kada se mijenja električno polje.
Međutim, lakše je izmjeriti električni potencijal (V) nego električno polje (E), pa je lakše izmjeriti i električnu struju (I) nego gustoću električne struje (J). Stoga, osim što se izražava električnim poljem, gustoćom električne struje i otporom (ρ), Ohmov zakon se izražava i električnim potencijalom, električnom strujom i električnim otporom (R).
Prvo razmotrite žičani provodnik koji ima dužinu (l), površinu poprečnog presjeka (A) i postoji razlika električnog potencijala (V) između dva kraja žice. Ako je homogeno električno polje isto, tada je odnos između električnog polja i razlike električnog potencijala izražen jednačinom V = E s (ova jednačina je već razmatrana u odjeljku električni potencijal). Ako je gustoća homogenih električnih struja ista,
tada se odnos između električne struje i gustoće električne struje izražava jednačinom I = JA (ova jednačina je već razmatrana u temi o električnoj struji).
Da bi se dobila jednačina koja opisuje odnos između električnog potencijala (V), električne struje (I) i električnog otpora (R),
zamijenite E i J u jednačini otpora, sa E u jednačini električnog potencijala i J u jednačini električne struje:
Ovo je jednačina koja objašnjava odnos između električnog potencijala (V), električne struje (I) i električnog otpora (R) u provodniku. Na osnovu ove jednačine, može se reći da je električni otpor u provodniku poređenje razlike električnog potencijala sa električnom strujom u provodniku.
Ohmov zakon kaže da je odnos između razlike električnog potencijala i električne struje konstantan. Drugim riječima, ova jednačina objašnjava Ohmov zakon samo kada je električni otpor (R) konstantan. Ohmov zakon ne važi ako električni otpor nije konstantan.
U gornjoj jednačini, električni otpor (R) u provodniku također je povezan sa otpornošću (ρ), dužinom provodnika (l) i površinom poprečnog presjeka (A) provodnika. Matematički izraženo u jednačini:
Jednačina Ohmovog zakona
Ohmov zakon se objašnjava pomoću dvije jednačine, i to ρ = E/J i R = V/I. Treba imati na umu da su ove dvije jednačine jednačine Ohmovog zakona samo kada je ρ konstantan i R je konstantan. Ako se ρ i R provodnika mijenjaju, ove dvije jednačine ne objašnjavaju Ohmov zakon, ali ρ = E/J objašnjava otpor određene vrste provodnika, a R = V/I objašnjava električni otpor provodnika.
Jednačina ρ = E/J može se napisati kao E = ρ J. Kada je ρ konstantno, E je proporcionalno J, što znači da ako se E povećava, onda se J povećava ili ako se E smanjuje, onda se J smanjuje.
Slično tome, jednačina R = V/I može se napisati kao V = I/R. Kada je R konstantan, onda je V direktno proporcionalan I, što znači da ako se V povećava, onda se I povećava ili ako se V smanjuje, onda se I smanjuje.
Materijal koji se poštuje Omov zakon naziva se omski, dok se materijal koji se ne poštuje Omov zakon naziva neohski. Gotovo svi metalni provodnici su omski, dok mnogi drugi objekti jesu neohski.
Na neohmskim objektima, električni otpor nije konstantan i zavisi od električne struje i razlike električnog potencijala. To znači da ako se promijeni električna struja, mijenja se i električni otpor materijala, kao i ako se promijeni električni napon, mijenja se i električni otpor materijala. Zbog promjene električnog otpora u neohmskim materijalima, električni napon (V) nije direktno proporcionalan električnoj struji (I).
Grafikon V, I i R
U omskoj materiji, odnos V i I je konstantan, što je predstavljeno pravom linijom. Primjer omskog materijala je metalni provodnik. U međuvremenu, u neohmskoj materiji, odnos V i I nije konstantan, što je predstavljeno zakrivljenom linijom. Primjeri neohmskih materijala su poluprovodničke diode i tranzistori.
Ohmov zakon se primjenjuje samo na omske materijale i ne odnosi se na svu materiju, tako da je neprikladno koristiti zakone poput Newtonovog zakona ili drugih fizičkih zakona. Fizički zakon se zapravo primjenjuje na sve objekte, ne samo na određene objekte. Ali spominjanje Ohmovog zakona je postalo navika, pa se i dalje naziva Ohmov zakon, pod uslovom da se ima na umu da se Ohmov zakon primjenjuje samo na omske objekte.
