Comprensió de la llei d'Ohm
Estudia també el material sobre exemples de preguntes sobre la llei d'Ohm i la discussió de preguntes sobre la llei d'Ohm.
En gairebé tots els conductors metàl·lics, camp elèctric sebanding dengan densitat de corrent elèctric, on la relació entre el camp elèctric i la densitat de corrent elèctric és constant. Matemàticament expressat mitjançant l'equació:
ρ = E / J
Descripció: E = camp elèctric, ρ = resistivitat, J = densitat de corrent elèctric.
La constant de proporcionalitat ρ s'anomena resistència específica o resistivitat, el valor de la qual és constant i no depèn del camp elèctric que produeix el corrent elèctric.
Si el camp elèctric augmenta, la densitat de corrent elèctric també augmenta, a l'inrevés, si el camp elèctric disminueix, la densitat de corrent elèctric també disminueix, de manera que la relació entre el camp elèctric i la densitat de corrent elèctric és constant. Això és un enunciat de la llei d'Ohm . Per tant, l'equació anterior explica la llei d'Ohm només quan ρ és constant i independent del camp elèctric. La llei d'Ohm no s'aplica si el valor de ρ canvia quan canvia el camp elèctric.
Tanmateix, és més fàcil mesurar el potencial elèctric (V) que el camp elèctric (E), i també és més fàcil mesurar el corrent elèctric (I) que la densitat de corrent elèctric (J). Per tant, a més d'expressar-se en termes de camp elèctric , densitat de corrent elèctric i resistivitat (ρ), la llei d'Ohm també s'expressa en termes de potencial elèctric , corrent elèctric i resistència elèctrica (R).
Primer, considereu un conductor de filferro que té una longitud (l), una àrea de secció transversal (A) i hi ha una diferència de potencial elèctric (V) entre els dos extrems del cable. Si el camp elèctric és homogeni, és a dir, el mateix arreu, la relació entre el camp elèctric i la diferència de potencial elèctric s'expressa en l'equació V = E s ( aquesta equació s'ha discutit en el material de potencial elèctric ). Si la densitat de corrent elèctric és homogènia, és a dir, la mateixa arreu, la relació entre la densitat de corrent elèctric i el corrent elèctric s'expressa en l'equació I = JA ( aquesta equació s'ha discutit en el material de corrent elèctric ).
Per obtenir una equació que indiqui la relació entre el potencial elèctric (V), el corrent elèctric (I) i la resistència elèctrica (R), substituïu E i J a l'equació de la resistència per E a l'equació del potencial elèctric i J a l'equació del corrent elèctric:
Aquesta és una equació que explica la relació entre el potencial elèctric (V), el corrent elèctric (I) i la resistència elèctrica (R) en un conductor. Basant-nos en aquesta equació, es pot afirmar que la resistència elèctrica en un conductor és la relació entre la diferència de potencial elèctric i el corrent elèctric del conductor.
La llei d'Ohm estableix que la relació entre la diferència de potencial elèctric i el corrent elèctric és una constant. En altres paraules, aquesta equació explica la llei d'Ohm només quan la resistència elèctrica (R) és constant. La llei d'Ohm no s'aplica si la resistència elèctrica no és constant, és a dir, varia.
En la derivació de l'equació anterior, la resistència elèctrica (R) d'un conductor també està relacionada amb la resistència específica (ρ), la longitud del conductor (l) i l'àrea de la secció transversal (A) del conductor. Matemàticament, això s'expressa en l'equació:
Aquesta equació es tracta amb més detall a l'article sobre resistència elèctrica.
Fórmula de la llei d'Ohm
La llei d'Ohm s'explica mitjançant dues equacions, concretament ρ = E/J i R = V/I. Cal destacar que aquestes dues equacions són equacions de la llei d'Ohm només quan ρ és constant i R és constant. Si ρ i R d'un conductor canvien, aquestes dues equacions no expliquen la llei d'Ohm, però ρ = E/J explica la resistència específica d'un conductor i R = V/I explica la resistència elèctrica d'un conductor.
L'equació ρ = E/J es pot escriure com E = ρ J. Quan ρ és constant, E és directament proporcional a J, és a dir, que si E augmenta, J augmenta o si E disminueix, J disminueix.
De la mateixa manera, l'equació R = V/I es pot escriure com V = I R. Quan R és constant, V és directament proporcional a I, és a dir que si V augmenta, I augmenta, o si V disminueix, I disminueix.
Els materials que obeeixen la llei d'Ohm es diuen òhmics, mentre que els materials que no l'obeeixen es diuen no òhmics. Gairebé tots els conductors metàl·lics són òhmics, mentre que molts altres materials no són òhmics.
En materials no òhmics, la resistència elèctrica no és constant, sinó que varia en funció del corrent i la diferència de potencial. Això significa que si el corrent canvia, la resistència del material també canvia, i de la mateixa manera, si el voltatge canvia, la resistència del material també canvia. Com que la resistència elèctrica varia, en materials no òhmics, el voltatge (V) no és directament proporcional al corrent (I).
Gràfics V, I i R
En els materials òhmics, la relació entre V i I és constant i es representa amb una línia recta. Exemples de materials òhmics són els conductors metàl·lics. Mentrestant, en els materials no òhmics, la relació entre V i I no és constant i es representa amb una línia corba. Exemples de materials no òhmics són els díodes semiconductors i els transistors.
La llei d'Ohm només s'aplica als materials òhmics i no a tots els materials, per la qual cosa és incorrecte anomenar-la una llei com les lleis de Newton o altres lleis de la física. Les lleis de la física en realitat s'apliquen a tots els objectes, no només a certs objectes. Tanmateix, l'ús de la llei d'Ohm s'ha convertit en una pràctica habitual, per la qual cosa encara s'anomena llei d'Ohm, sempre que es recordi que la llei d'Ohm només s'aplica als objectes òhmics. A més de la llei d'Ohm, un altre exemple d'una idea errònia comuna és l'ús de la llei dels gasos ideals o la llei de Hooke.
