Pochopení Ohmova zákona
Prostudujte si také materiál o příkladech otázek z Ohmova zákona a diskusi o otázkách z Ohmova zákona.
Téměř ve všech kovových vodičích, elektrické pole sebandování s hustota elektrického proudu, kde poměr elektrického pole k hustotě elektrického proudu je konstantní. Matematicky vyjádřeno rovnicí:
ρ = E / J
Popis: E = elektrické pole, ρ = měrný odpor, J = hustota elektrického proudu.
Konstanta úměrnosti ρ se nazývá měrný odpor nebo rezistivita, jejíž hodnota je konstantní a nezávisí na elektrickém poli, které vytváří elektrický proud.
Pokud se elektrické pole zvětšuje, hustota elektrického proudu se také zvětšuje, a naopak, pokud se elektrické pole zmenšuje, hustota elektrického proudu se také zmenšuje, takže poměr elektrického pole k hustotě elektrického proudu je konstantní. Toto je tvrzení Ohmova zákona . Výše uvedená rovnice tedy vysvětluje Ohmův zákon pouze tehdy, když je ρ konstantní a nezávislé na elektrickém poli. Ohmův zákon neplatí, pokud se hodnota ρ mění se změnou elektrického pole.
Je však snazší měřit elektrický potenciál (V) než elektrické pole (E) a také je snazší měřit elektrický proud (I) než hustotu elektrického proudu (J). Ohmův zákon se tedy kromě vyjádření pomocí elektrického pole , hustoty elektrického proudu a měrného odporu (ρ) vyjadřuje také pomocí elektrického potenciálu , elektrického proudu a elektrického odporu (R).
Nejprve uvažujme vodič o délce (l), ploše průřezu (A) a mezi oběma konci vodiče je rozdíl elektrických potenciálů (V). Pokud je elektrické pole homogenní, tj. stejné v celém rozsahu, pak je vztah mezi elektrickým polem a rozdílem elektrických potenciálů vyjádřen rovnicí V = E s ( tato rovnice byla diskutována v materiálu o elektrickém potenciálu ). Pokud je hustota elektrického proudu homogenní, tj. stejná v celém rozsahu, pak je vztah mezi hustotou elektrického proudu a elektrickým proudem vyjádřen rovnicí I = JA ( tato rovnice byla diskutována v materiálu o elektrickém proudu ).
Pro získání rovnice, která vyjadřuje vztah mezi elektrickým potenciálem (V), elektrickým proudem (I) a elektrickým odporem (R), nahraďte E a J v rovnici odporu za E v rovnici elektrického potenciálu a J v rovnici elektrického proudu:
Toto je rovnice, která vysvětluje vztah mezi elektrickým potenciálem (V), elektrickým proudem (I) a elektrickým odporem (R) ve vodiči. Na základě této rovnice lze říci, že elektrický odpor ve vodiči je poměr rozdílu elektrického potenciálu k elektrickému proudu ve vodiči.
Ohmův zákon říká, že poměr rozdílu elektrických potenciálů k elektrickému proudu je konstantní. Jinými slovy, tato rovnice vysvětluje Ohmův zákon pouze tehdy, když je elektrický odpor (R) konstantní. Ohmův zákon neplatí, pokud elektrický odpor není konstantní, tj. mění se.
Při odvození výše uvedené rovnice souvisí elektrický odpor (R) vodiče také s měrným odporem (ρ), délkou vodiče (l) a plochou průřezu (A) vodiče. Matematicky se to vyjadřuje rovnicí:
Tato rovnice je podrobněji popsána v článku o elektrickém odporu.
Vzorec Ohmova zákona
Ohmův zákon je vysvětlen dvěma rovnicemi, a to ρ = E/J a R = V/I. Je třeba poznamenat, že tyto dvě rovnice jsou rovnicemi Ohmova zákona pouze tehdy, když je ρ konstantní a R je konstantní. Pokud se ρ a R vodiče mění, tyto dvě rovnice nevysvětlují Ohmův zákon, ale ρ = E/J vysvětluje měrný odpor vodiče a R = V/I vysvětluje elektrický odpor vodiče.
Rovnici ρ = E/J lze zapsat jako E = ρ J. Pokud je ρ konstantní, pak je E přímo úměrné J, což znamená, že pokud se E zvyšuje, pak se J zvyšuje, nebo pokud se E snižuje, pak se J snižuje.
Podobně lze rovnici R = V/I zapsat jako V = I R. Pokud je R konstantní, je V přímo úměrné I, což znamená, že pokud se V zvyšuje, I se zvyšuje, nebo pokud se V snižuje, I se snižuje.
Materiály, které se řídí Ohmovým zákonem, se nazývají ohmické, zatímco materiály, které se Ohmovým zákonem neřídí, se nazývají neohmické. Téměř všechny kovové vodiče jsou ohmické, zatímco mnoho jiných materiálů je neohmických.
U neohmických materiálů není elektrický odpor konstantní, ale mění se v závislosti na proudu a rozdílu potenciálů. To znamená, že pokud se změní proud, mění se také odpor materiálu, a podobně, pokud se změní napětí, mění se i odpor materiálu. Protože se elektrický odpor mění, není u neohmických materiálů napětí (V) přímo úměrné proudu (I).
Grafy V, I a R
V ohmických materiálech je poměr V k I konstantní a je znázorněn přímkou. Příklady ohmických materiálů jsou kovové vodiče. U neohmických materiálů poměr V k I není konstantní a je znázorněn zakřivenou čarou. Příklady neohmických materiálů jsou polovodičové diody a tranzistory.
Ohmův zákon platí pouze pro ohmické materiály a ne pro všechny materiály, takže je nesprávné nazývat jej zákonem jako Newtonovy zákony nebo jiné fyzikální zákony. Fyzikální zákony ve skutečnosti platí pro všechny objekty, nejen pro určité objekty. Používání Ohmova zákona se však stalo běžnou praxí, takže se mu stále říká Ohmův zákon, pokud si uvědomíme, že Ohmův zákon platí pouze pro ohmické objekty. Kromě Ohmova zákona je dalším příkladem běžné mylné představy používání zákona ideálního plynu nebo Hookeova zákona.
