Κατανόηση του νόμου του Ohm
Μελετήστε επίσης την ύλη Παραδείγματα ερωτήσεων για τον νόμο του Ohm dan Συζήτηση για τον νόμο του Ohm
Σε όλους σχεδόν τους μεταλλικούς αγωγούς, ηλεκτρικό πεδίο δέσιμο με δάχτυλα πυκνότητα ηλεκτρικού ρεύματος, όπου ο λόγος του ηλεκτρικού πεδίου προς την πυκνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος είναι σταθερός. Μαθηματικά εκφράζεται από την εξίσωση:
ρ = E / J
Περιγραφή: E = ηλεκτρικό πεδίο, ρ = ειδική αντίσταση, J = πυκνότητα ηλεκτρικού ρεύματος.
Η σταθερά της αναλογίας ρ ονομάζεται είδος αντίστασης ή αντίσταση της οποίας η τιμή είναι σταθερή και δεν εξαρτάται από το ηλεκτρικό πεδίο που παράγει το ηλεκτρικό ρεύμα.
Εάν το ηλεκτρικό πεδίο αυξηθεί, αυξάνεται και η πυκνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος, αντίστροφα, εάν το ηλεκτρικό πεδίο μειωθεί, μειώνεται και η πυκνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος, έτσι ώστε ο λόγος του ηλεκτρικού πεδίου προς την πυκνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος να είναι σταθερός. Αυτή είναι μια δήλωση Νόμος του ΩμΈτσι, η παραπάνω εξίσωση εξηγεί τον νόμο του Ohm μόνο όταν το ρ είναι σταθερό και ανεξάρτητο από το ηλεκτρικό πεδίο. Ο νόμος του Ohm δεν ισχύει εάν η τιμή του ρ αλλάζει όταν αλλάζει το ηλεκτρικό πεδίο.
Ωστόσο, είναι ευκολότερο να μετρηθεί το ηλεκτρικό δυναμικό (V) από ό,τι το ηλεκτρικό πεδίο (E), και είναι επίσης ευκολότερο να μετρηθεί το ηλεκτρικό ρεύμα (I) από ό,τι η πυκνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος (J). Επομένως, εκτός από το ότι εκφράζεται σε ηλεκτρικό πεδίο, πυκνότητα ηλεκτρικού ρεύματος dan είδος αντίστασης (ρ), ο νόμος του Ohm εκφράζεται επίσης ως ηλεκτρικό δυναμικό, ηλεκτρικό ρεύμα dan ηλεκτρική αντίσταση (Ρ).
Αρχικά, θεωρήστε έναν αγωγό σύρματος που έχει μήκος (l), διατομή (A) και διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού (V) μεταξύ των δύο άκρων του σύρματος. Εάν το ηλεκτρικό πεδίο είναι ομογενές ή το ίδιο σε όλη την έκτασή του, τότε η σχέση μεταξύ του ηλεκτρικού πεδίου και της διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού εκφράζεται στην εξίσωση V = Es (Αυτή η εξίσωση έχει συζητηθεί στο υλικό ηλεκτρικό δυναμικό). Εάν η πυκνότητα ηλεκτρικού ρεύματος είναι ομοιογενής, δηλαδή είναι πάντα η ίδια, τότε η σχέση μεταξύ πυκνότητας ηλεκτρικού ρεύματος και ηλεκτρικού ρεύματος εκφράζεται στην εξίσωση I = JA (Αυτή η εξίσωση έχει συζητηθεί στο υλικό ηλεκτρικό ρεύμα).
Για να βρείτε μια εξίσωση που εκφράζει τη σχέση μεταξύ ηλεκτρικό δυναμικό (V), ηλεκτρικό ρεύμα (Εγώ) και ηλεκτρική αντίσταση (R), αντικαταστήστε τα E και J στην εξίσωση αντίστασης με E στην εξίσωση ηλεκτρικού δυναμικού και J στην εξίσωση ηλεκτρικού ρεύματος:
Αυτή είναι μια εξίσωση που εξηγεί τη σχέση μεταξύ ηλεκτρικού δυναμικού (V), ηλεκτρικού ρεύματος (I) και ηλεκτρικής αντίστασης (R) σε έναν αγωγό. Με βάση αυτήν την εξίσωση, μπορεί να δηλωθεί ότι η ηλεκτρική αντίσταση σε έναν αγωγό είναι ο λόγος της διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού προς το ηλεκτρικό ρεύμα στον αγωγό.
Ο νόμος του Ohm ορίζει ότι ο λόγος της διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού προς το ηλεκτρικό ρεύμα είναι σταθερός. Με άλλα λόγια, αυτή η εξίσωση εξηγεί τον νόμο του Ohm μόνο όταν η ηλεκτρική αντίσταση (R) είναι σταθερή. Ο νόμος του Ohm δεν ισχύει εάν η ηλεκτρική αντίσταση δεν είναι σταθερή, δηλαδή μεταβάλλεται.
Στην εξαγωγή της παραπάνω εξίσωσης, η ηλεκτρική αντίσταση (R) ενός αγωγού σχετίζεται επίσης με την ειδική αντίσταση (ρ), το μήκος του αγωγού (l) και την επιφάνεια διατομής (A) του αγωγού. Μαθηματικά, αυτό εκφράζεται στην εξίσωση:
Αυτή η εξίσωση συζητείται λεπτομερέστερα στο άρθρο ηλεκτρική αντίσταση.
Τύπος νόμου του Ohm
Ο νόμος του Ohm εξηγείται από δύο εξισώσεις, συγκεκριμένα ρ = E/J και R = V/I. Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτές οι δύο εξισώσεις είναι εξισώσεις του νόμου του Ohm μόνο όταν το ρ είναι σταθερό και το R είναι σταθερό. Εάν το ρ και το R ενός αγωγού αλλάξουν, τότε αυτές οι δύο εξισώσεις δεν εξηγούν τον νόμο του Ohm, αλλά το ρ = E/J τον εξηγεί. είδος αντίστασης ένας αγωγός και R = V/I εξηγεί ηλεκτρική αντίσταση ένας μαέστρος.
Η εξίσωση ρ = E/J μπορεί να γραφτεί ως E = ρJ. Όταν το ρ είναι σταθερό, τότε το E είναι ευθέως ανάλογο του J, που σημαίνει ότι αν το E αυξηθεί, τότε το J αυξάνεται ή αν το E μειωθεί, τότε το J μειώνεται.
Ομοίως, η εξίσωση R = V/I μπορεί να γραφτεί ως V = I/R. Όταν το R είναι σταθερό, το V είναι ευθέως ανάλογο με το I, που σημαίνει ότι αν το V αυξηθεί, το I αυξάνεται ή αν το V μειωθεί, το I μειώνεται.
Τα υλικά που υπακούουν στον νόμο του Ohm λέγονται ωμικά, ενώ τα υλικά που δεν υπακούουν στον νόμο του Ohm λέγονται μη ωμικά. Σχεδόν όλοι οι μεταλλικοί αγωγοί είναι ωμικοί, ενώ πολλά άλλα υλικά είναι μη ωμικά.
Στα μη ωμικά υλικά, η ηλεκτρική αντίσταση δεν είναι σταθερή, αλλά ποικίλλει ανάλογα με τη διαφορά ρεύματος και δυναμικού. Αυτό σημαίνει ότι εάν αλλάξει το ρεύμα, αλλάζει και η αντίσταση του υλικού, και ομοίως, εάν αλλάξει η τάση, αλλάζει και η αντίσταση του υλικού. Επειδή η ηλεκτρική αντίσταση ποικίλλει, στα μη ωμικά υλικά, η τάση (V) δεν είναι άμεσα ανάλογη με το ρεύμα (I).
Γραφήματα V, I και R
Στα ωμικά υλικά, η αναλογία V προς I είναι σταθερή, και αντιπροσωπεύεται από μια ευθεία γραμμή. Παραδείγματα ωμικών υλικών είναι οι μεταλλικοί αγωγοί. Εν τω μεταξύ, στα μη ωμικά υλικά, η αναλογία V προς I δεν είναι σταθερή, και αντιπροσωπεύεται από μια καμπύλη γραμμή. Παραδείγματα μη ωμικών υλικών είναι οι ημιαγωγικές δίοδοι και τα τρανζίστορ.
Ο νόμος του Ohm ισχύει μόνο για ωμικά υλικά και όχι για όλα τα υλικά, επομένως είναι λανθασμένο να τον αποκαλούμε νόμο όπως οι νόμοι του Νεύτωνα ή άλλοι νόμοι της φυσικής. Οι νόμοι της φυσικής ισχύουν στην πραγματικότητα για όλα τα αντικείμενα, όχι μόνο για ορισμένα αντικείμενα. Ωστόσο, η χρήση του νόμου του Ohm έχει γίνει μια κοινή πρακτική, επομένως εξακολουθεί να ονομάζεται νόμος του Ohm, αρκεί να θυμόμαστε ότι ο νόμος του Ohm ισχύει μόνο για ωμικά αντικείμενα. Εκτός από τον νόμο του Ohm, ένα άλλο παράδειγμα μιας κοινής παρανόησης είναι η χρήση του νόμου των ιδανικών αερίων ή νόμου του Hooke.
