Forståelse af Ohms lov
Studér også materialet om eksempelspørgsmål om Ohms lov og diskussionen af spørgsmål om Ohms lov.
I næsten alle metalledere, elektrisk felt sebanding med elektrisk strømtæthed, hvor forholdet mellem det elektriske felt og den elektriske strømtæthed er konstant. Matematisk udtrykt gennem ligningen:
ρ = E / J
Beskrivelse: E = elektrisk felt, ρ = resistivitet, J = elektrisk strømtæthed.
Proportionalitetskonstanten ρ kaldes den specifikke modstand eller resistivitet, hvis værdi er konstant og ikke afhænger af det elektriske felt, der producerer den elektriske strøm.
Hvis det elektriske felt stiger, stiger den elektriske strømtæthed også. Omvendt, hvis det elektriske felt falder, falder den elektriske strømtæthed også, således at forholdet mellem det elektriske felt og den elektriske strømtæthed er konstant. Dette er en formulering af Ohms lov . Så ovenstående ligning forklarer kun Ohms lov, når ρ er konstant og uafhængig af det elektriske felt. Ohms lov gælder ikke, hvis værdien af ρ ændrer sig, når det elektriske felt ændrer sig.
Det er dog lettere at måle elektrisk potentiale (V) end elektrisk felt (E), og det er også lettere at måle elektrisk strøm (I) end elektrisk strømtæthed (J). Derfor udtrykkes Ohms lov , udover at blive udtrykt i termer af elektrisk felt , elektrisk strømtæthed og resistivitet (ρ), også i termer af elektrisk potentiale , elektrisk strøm og elektrisk modstand (R).
Først betragtes en trådleder, der har en længde (l), et tværsnitsareal (A), og der er en elektrisk potentialforskel (V) mellem de to ender af ledningen. Hvis det elektriske felt er homogent, dvs. det samme overalt, udtrykkes forholdet mellem det elektriske felt og den elektriske potentialforskel i ligningen V = E s ( denne ligning er blevet diskuteret i materialet om elektrisk potentiale ). Hvis den elektriske strømtæthed er homogen, dvs. den samme overalt, udtrykkes forholdet mellem den elektriske strømtæthed og den elektriske strøm i ligningen I = JA ( denne ligning er blevet diskuteret i materialet om elektrisk strøm ).
For at opnå en ligning, der angiver forholdet mellem elektrisk potentiale (V), elektrisk strøm (I) og elektrisk modstand (R), skal E og J i modstandsligningen erstattes med E i ligningen for elektrisk potentiale og J i ligningen for elektrisk strøm:
Dette er en ligning, der forklarer forholdet mellem elektrisk potentiale (V), elektrisk strøm (I) og elektrisk modstand (R) i en leder. Baseret på denne ligning kan det siges, at den elektriske modstand i en leder er forholdet mellem den elektriske potentialforskel og den elektriske strøm i lederen.
Ohms lov siger, at forholdet mellem elektrisk potentialforskel og elektrisk strøm er en konstant. Med andre ord forklarer denne ligning kun Ohms lov, når den elektriske modstand (R) er konstant. Ohms lov gælder ikke, hvis den elektriske modstand ikke er konstant, dvs. den varierer.
I udledningen af ovenstående ligning er en leders elektriske modstand (R) også relateret til den specifikke modstand (ρ), lederens længde (l) og lederens tværsnitsareal (A). Matematisk udtrykkes dette i ligningen:
Denne ligning diskuteres mere detaljeret i artiklen om elektrisk modstand.
Ohms lov formel
Ohms lov forklares af to ligninger, nemlig ρ = E/J og R = V/I. Det skal bemærkes, at disse to ligninger kun er Ohms lovligninger, når ρ er konstant, og R er konstant. Hvis ρ og R for en leder ændrer sig, forklarer disse to ligninger ikke Ohms lov, men ρ = E/J forklarer den specifikke modstand af en leder, og R = V/I forklarer den elektriske modstand af en leder.
Ligningen ρ = E/J kan skrives som E = ρ J. Når ρ er konstant, er E direkte proportional med J, hvilket betyder, at hvis E stiger, så stiger J, eller hvis E falder, så falder J.
Ligeledes kan ligningen R = V/I skrives som V = I/R. Når R er konstant, er V direkte proportional med I, hvilket betyder, at hvis V stiger, stiger I, eller hvis V falder, falder I.
Materialer, der overholder Ohms lov, siges at være ohmske, mens materialer, der ikke overholder Ohms lov, siges at være ikke-ohmske. Næsten alle metalliske ledere er ohmske, mens mange andre materialer er ikke-ohmske.
I ikke-ohmske materialer er den elektriske modstand ikke konstant, men varierer afhængigt af strømmen og spændingsforskellen. Det betyder, at hvis strømmen ændrer sig, ændrer materialets modstand sig også, og ligeledes, hvis spændingen ændrer sig, ændrer materialets modstand sig også. Fordi den elektriske modstand varierer, er spændingen (V) i ikke-ohmske materialer ikke direkte proportional med strømmen (I).
V-, I- og R-grafer
I ohmske materialer er forholdet mellem V og I konstant, repræsenteret af en ret linje. Eksempler på ohmske materialer er metalliske ledere. I ikke-ohmske materialer er forholdet mellem V og I derimod ikke konstant, repræsenteret af en buet linje. Eksempler på ikke-ohmske materialer er halvlederdioder og transistorer.
Ohms lov gælder kun for ohmske materialer og ikke for alle materialer, så det er forkert at kalde den en lov ligesom Newtons love eller andre fysiklove. Fysikkens love gælder faktisk for alle objekter, ikke kun for bestemte objekter. Brugen af Ohms lov er dog blevet almindelig praksis, så den kaldes stadig Ohms lov, så længe man husker, at Ohms lov kun gælder for ohmske objekter. Udover Ohms lov er et andet eksempel på en almindelig misforståelse brugen af idealgasloven eller Hookes lov.
