Definice Ohmova zákona
V téměř všech kovových vodičích je elektrické pole úměrné hustotě elektrického proudu, kde poměr elektrického pole k hustotě elektrického proudu je konstantní. Matematicky se to vyjadřuje rovnicí:
ρ = E / J
E = elektrické pole , ρ = měrný odpor , J = hustota proudu
Konstanta ρ se nazývá měrný odpor, jejíž hodnota je konstantní a nezávisí na elektrickém poli, které způsobuje elektrický proud.
Pokud se elektrické pole zvětší, zvětší se i hustota elektrického proudu, zatímco pokud se elektrické pole zmenší, hustota elektrického proudu se také sníží.
takže poměr elektrického pole k hustotě elektrického proudu je konstantní. Toto je Ohmovo zákonné tvrzení. Výše uvedená rovnice tedy vysvětluje Ohmův zákon pouze tehdy, když je ρ konstantní a nezávisí 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), takže je také snazší měřit elektrický proud (I) než hustotu elektrického proudu (J). Ohmův zákon se tedy kromě uvádění v elektrickém poli, hustotě elektrického proudu a měrném odporu (ρ) vyjadřuje také elektrickým potenciálem, elektrickým proudem a elektrickým odporem (R).
Nejprve si prohlédněte vodič o délce (l), průřezu (A) a mezi jehož oběma konci je rozdíl elektrických potenciálů (V). Pokud je homogenní elektrické pole stejné, pak je vztah mezi elektrickým polem a rozdílem elektrických potenciálů vyjádřen rovnicí V = E s (tato rovnice byla diskutována v tématu elektrický potenciál). Pokud je hustota homogenních elektrických proudů stejná,
pak je vztah mezi elektrickým proudem a hustotou elektrického proudu vyjádřen rovnicí I = JA (tato rovnice byla projednána v tématu elektrický proud).
Abychom získali rovnici, která vyjadřuje vztah mezi elektrickým potenciálem (V), elektrickým proudem (I) a elektrickým odporem (R),
nahraďte E a J v rovnici měrného 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 konstatovat, že elektrický odpor ve vodiči je vyjádřen jako porovnání rozdílu elektrického potenciálu s elektrickým proudem ve vodiči.
Ohmův zákon říká, že poměr mezi rozdílem elektrického potenciálu a elektrickým proudem 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.
Ve výše uvedené rovnici má elektrický odpor (R) ve vodiči také vztah k měrnému odporu (ρ), délce vodiče (l) a ploše průřezu (A) vodiče. Matematicky vyjádřeno v rovnici:
Rovnice Ohmova zákona
Ohmův zákon je vysvětlen dvěma rovnicemi, a to ρ = E/J a R = V/I. Je třeba si uvědomit, 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 odpor typu vodiče a R = V/I vysvětluje elektrický odpor vodiče.
Rovnici ρ = E/J lze zapsat jako E = ρ J. Pokud je ρ konstantní, je E 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, pak je V přímo úměrné I, což znamená, že pokud se V zvyšuje, pak se I zvyšuje, nebo pokud se V snižuje, pak se I snižuje.
Materiál, který se řídí Ohmovým zákonem, se nazývá ohmický, zatímco materiál, který se Ohmovým zákonem neřídí, se nazývá neohmický. Téměř všechny kovové vodiče jsou ohmické, zatímco mnoho jiných objektů je neohmických.
Na neohmických tělesech není elektrický odpor konstantní a závisí na elektrickém proudu a rozdílu elektrických potenciálů. To znamená, že pokud se změní elektrický proud, změní se také elektrický odpor materiálu, a pokud se změní elektrické napětí, změní se i elektrický odpor materiálu. Vzhledem k tomu, že se elektrický odpor v neohmických tělesech mění lépe než v jiných materiálech, není elektrické napětí (V) přímo úměrné elektrickému proudu (I).
Graf V, I a R
V ohmické hmotě je poměr V k I konstantní, což je znázorněno přímkou. Příkladem ohmické hmoty je kovový vodič. Naproti tomu v neohmické hmotě poměr V k I není konstantní, což je znázorněno zakřivenou čarou. Příklady neohmických materiálů jsou polovodičové diody a tranzistory.
Ohmův zákon platí pouze pro ohmické materiály a nevztahuje se na veškerou hmotu, takže je nevhodné používat termíny jako Newtonův zákon nebo jiné fyzikální zákony. Fyzikální zákon ve skutečnosti platí pro všechny objekty, nejen pro určité. Zmínka o Ohmově zákonu se však stala zvykem, takže se mu stále říká Ohmův zákon, za předpokladu, že se pamatuje na to, že Ohmův zákon platí pouze pro ohmické objekty.
