Comprendendo a lei de Ohm
Estuda tamén o material sobre exemplos de preguntas sobre a lei de Ohm e a discusión de preguntas sobre a lei de Ohm.
En case todos os condutores metálicos, campo eléctrico proporcional a densidade de corrente eléctrica, onde a relación entre o campo eléctrico e a densidade de corrente eléctrica é constante. Matematicamente expresado mediante a ecuación:
ρ = E / J
Descrición: E = campo eléctrico, ρ = resistividade, J = densidade de corrente eléctrica.
A constante de proporcionalidade ρ chámase resistencia específica ou resistividade, cuxo valor é constante e non depende do campo eléctrico que produce a corrente eléctrica.
Se o campo eléctrico aumenta, a densidade de corrente eléctrica tamén aumenta; pola contra, se o campo eléctrico diminúe, a densidade de corrente eléctrica tamén diminúe, de xeito que a relación entre o campo eléctrico e a densidade de corrente eléctrica é constante. Isto é unha afirmación da lei de Ohm . Polo tanto, a ecuación anterior explica a lei de Ohm só cando ρ é constante e independente do campo eléctrico. A lei de Ohm non se aplica se o valor de ρ cambia cando cambia o campo eléctrico.
Non obstante, é máis doado medir o potencial eléctrico (V) que o campo eléctrico (E), e tamén é máis doado medir a corrente eléctrica (I) que a densidade de corrente eléctrica (J). Polo tanto, ademais de expresarse en termos de campo eléctrico , densidade de corrente eléctrica e resistividade (ρ), a lei de Ohm tamén se expresa en termos de potencial eléctrico , corrente eléctrica e resistencia eléctrica (R).
Primeiro, considere un condutor de arame que ten unha lonxitude (l), unha área de sección transversal (A) e existe unha diferenza de potencial eléctrico (V) entre os dous extremos do fío. Se o campo eléctrico é homoxéneo, é dicir, o mesmo en todas partes, entón a relación entre o campo eléctrico e a diferenza de potencial eléctrico exprésase na ecuación V = E s ( esta ecuación xa foi discutida no material sobre potencial eléctrico ). Se a densidade de corrente eléctrica é homoxénea, é dicir, a mesma en todas partes, entón a relación entre a densidade de corrente eléctrica e a corrente eléctrica exprésase na ecuación I = JA ( esta ecuación xa foi discutida no material sobre corrente eléctrica ).
Para obter unha ecuación que indique a relación entre o potencial eléctrico (V), a corrente eléctrica (I) e a resistencia eléctrica (R), substitúense E e J na ecuación da resistencia por E na ecuación do potencial eléctrico e J na ecuación da corrente eléctrica:
Esta é unha ecuación que explica a relación entre o potencial eléctrico (V), a corrente eléctrica (I) e a resistencia eléctrica (R) nun condutor. Baseándose nesta ecuación, pódese afirmar que a resistencia eléctrica nun condutor é a relación entre a diferenza de potencial eléctrico e a corrente eléctrica no condutor.
A lei de Ohm afirma que a relación entre a diferenza de potencial eléctrico e a corrente eléctrica é unha constante. Noutras palabras, esta ecuación explica a lei de Ohm só cando a resistencia eléctrica (R) é constante. A lei de Ohm non se aplica se a resistencia eléctrica non é constante, é dicir, varía.
Na derivación da ecuación anterior, a resistencia eléctrica (R) dun condutor tamén está relacionada coa resistencia específica (ρ), a lonxitude do condutor (l) e a área da sección transversal (A) do condutor. Matematicamente, isto exprésase na ecuación:
Esta ecuación discútese con máis detalle no artigo sobre resistencia eléctrica.
Fórmula da lei de Ohm
A lei de Ohm explícase mediante dúas ecuacións, concretamente ρ = E/J e R = V/I. Cómpre sinalar que estas dúas ecuacións son ecuacións da lei de Ohm só cando ρ é constante e R é constante. Se ρ e R dun condutor cambian, estas dúas ecuacións non explican a lei de Ohm, pero ρ = E/J explica a resistencia específica dun condutor e R = V/I explica a resistencia eléctrica dun condutor.
A ecuación ρ = E/J pódese escribir como E = ρ J. Cando ρ é constante, entón E é directamente proporcional a J, o que significa que se E aumenta, entón J aumenta ou se E diminúe, entón J diminúe.
Do mesmo xeito, a ecuación R = V/I pódese escribir como V = IR. Cando R é constante, V é directamente proporcional a I, o que significa que se V aumenta, I aumenta ou se V diminúe, I diminúe.
Os materiais que obedecen a lei de Ohm dise que son óhmicos, mentres que os materiais que non a obedecen dise que son non óhmicos. Case todos os condutores metálicos son óhmicos, mentres que moitos outros materiais non o son.
Nos materiais non óhmicos, a resistencia eléctrica non é constante, senón que varía dependendo da corrente e da diferenza de potencial. Isto significa que se a corrente cambia, a resistencia do material tamén cambia e, do mesmo xeito, se a tensión cambia, a resistencia do material tamén cambia. Debido a que a resistencia eléctrica varía, nos materiais non óhmicos, a tensión (V) non é directamente proporcional á corrente (I).
Gráficos V, I e R
Nos materiais óhmicos, a relación entre V e I é constante e represéntase cunha liña recta. Algúns exemplos de materiais óhmicos son os condutores metálicos. Por outra banda, nos materiais non óhmicos, a relación entre V e I non é constante e represéntase cunha liña curva. Algúns exemplos de materiais non óhmicos son os díodos semicondutores e os transistores.
A lei de Ohm só se aplica aos materiais óhmicos e non a todos os materiais, polo que é incorrecto chamala lei como as leis de Newton ou outras leis da física. As leis da física en realidade aplícanse a todos os obxectos, non só a certos obxectos. Non obstante, o uso da lei de Ohm converteuse nunha práctica común, polo que aínda se lle chama lei de Ohm, sempre que se lembre que a lei de Ohm só se aplica aos obxectos óhmicos. Ademais da lei de Ohm, outro exemplo dun concepto erróneo común é o uso da lei dos gases ideais ou lei de Hooke.
