ओम कानून

ओम के नियम को समझना

साथ ही , ओम के नियम से संबंधित उदाहरण प्रश्नों और उन पर हुई चर्चाओं से संबंधित सामग्री का भी अध्ययन करें ।

लगभग सभी धातु चालकों में, विद्युत क्षेत्र के लिए आनुपातिक विद्युत धारा घनत्वजहां विद्युत क्षेत्र और विद्युत धारा घनत्व का अनुपात स्थिर होता है। गणितीय रूप से इसे निम्न समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है:
ρ = E / J
विवरण: E = विद्युत क्षेत्र, ρ = प्रतिरोधकता, J = विद्युत धारा घनत्व।

समानुपाती स्थिरांक ρ को विशिष्ट प्रतिरोध या प्रतिरोधकता कहा जाता है, जिसका मान स्थिर होता है और विद्युत धारा उत्पन्न करने वाले विद्युत क्षेत्र पर निर्भर नहीं करता है।

यदि विद्युत क्षेत्र बढ़ता है, तो विद्युत धारा घनत्व भी बढ़ता है, और इसके विपरीत, यदि विद्युत क्षेत्र घटता है, तो विद्युत धारा घनत्व भी घटता है, जिससे विद्युत क्षेत्र और विद्युत धारा घनत्व का अनुपात स्थिर रहता है। यह ओम के नियम का कथन है । अतः उपरोक्त समीकरण ओम के नियम की व्याख्या तभी करता है जब ρ स्थिर हो और विद्युत क्षेत्र से स्वतंत्र हो। यदि विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन होने पर ρ का मान बदलता है, तो ओम का नियम लागू नहीं होता।

हालांकि, विद्युत क्षेत्र (E) की तुलना में विद्युत विभव (V) को मापना आसान है, और विद्युत धारा घनत्व (J) की तुलना में विद्युत धारा (I) को मापना भी आसान है। इसलिए, ओम के नियम को विद्युत क्षेत्र , विद्युत धारा घनत्व और प्रतिरोधकता (ρ) के अलावा विद्युत विभव , विद्युत धारा और विद्युत प्रतिरोध (R) के रूप में भी व्यक्त किया जा सकता है ।

सबसे पहले, एक चालक तार पर विचार करें जिसकी लंबाई (l), अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल (A) है और तार के दोनों सिरों के बीच विद्युत विभव अंतर (V) है। यदि विद्युत क्षेत्र समरूप है, यानी पूरे तार में एक समान है, तो विद्युत क्षेत्र और विद्युत विभव अंतर के बीच संबंध को समीकरण V = E s द्वारा व्यक्त किया जाता है ( इस समीकरण पर विद्युत विभव संबंधी सामग्री में चर्चा की जा चुकी है )। यदि विद्युत धारा घनत्व समरूप है, यानी पूरे तार में एक समान है, तो विद्युत धारा घनत्व और विद्युत धारा के बीच संबंध को समीकरण I = JA द्वारा व्यक्त किया जाता है ( इस समीकरण पर विद्युत धारा संबंधी सामग्री में चर्चा की जा चुकी है )।

विद्युत विभव (V), विद्युत धारा (I) और विद्युत प्रतिरोध (R) के बीच संबंध बताने वाला समीकरण प्राप्त करने के लिए , प्रतिरोध समीकरण में E और J को विद्युत विभव समीकरण में E और विद्युत धारा समीकरण में J से प्रतिस्थापित करें:

यह एक समीकरण है जो किसी चालक में विद्युत विभव (V), विद्युत धारा (I) और विद्युत प्रतिरोध (R) के बीच संबंध को स्पष्ट करता है। इस समीकरण के आधार पर यह कहा जा सकता है कि किसी चालक में विद्युत प्रतिरोध, चालक में विद्युत विभव अंतर और विद्युत धारा का अनुपात होता है।

ओम का नियम कहता है कि विद्युत विभवांतर और विद्युत धारा का अनुपात स्थिर होता है। दूसरे शब्दों में, यह समीकरण ओम के नियम की व्याख्या तभी करता है जब विद्युत प्रतिरोध (R) स्थिर हो। यदि विद्युत प्रतिरोध स्थिर न हो, यानी उसमें परिवर्तन हो, तो ओम का नियम लागू नहीं होता।

उपरोक्त समीकरण के व्युत्पत्ति में, चालक का विद्युत प्रतिरोध (R) विशिष्ट प्रतिरोध (ρ), चालक की लंबाई (l) और चालक के अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल (A) से भी संबंधित है। गणितीय रूप से, इसे निम्न समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है:

इस समीकरण पर विद्युत प्रतिरोध पर लिखे गए लेख में अधिक विस्तार से चर्चा की गई है ।

ओम के नियम का सूत्र

ओम के नियम को दो समीकरणों, ρ = E/J और R = V/I द्वारा समझाया जाता है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ये दोनों समीकरण ओम के नियम के समीकरण तभी होते हैं जब ρ और R स्थिर हों। यदि किसी चालक के ρ और R में परिवर्तन होता है, तो ये दोनों समीकरण ओम के नियम को नहीं समझाते हैं, बल्कि ρ = E/J चालक के विशिष्ट प्रतिरोध को और R = V/I चालक के विद्युत प्रतिरोध को समझाते हैं।

समीकरण ρ = E/J को E = ρ J के रूप में लिखा जा सकता है। जब ρ स्थिर होता है, तो E, J के सीधे समानुपाती होता है, जिसका अर्थ है कि यदि E बढ़ता है तो J भी बढ़ता है और यदि E घटता है तो J भी घटता है।
इसी प्रकार, समीकरण R = V/I को V = I R के रूप में लिखा जा सकता है। जब R स्थिर होता है, तो V, I के सीधे समानुपाती होता है, जिसका अर्थ है कि यदि V बढ़ता है, तो I भी बढ़ता है, या यदि V घटता है, तो I भी घटता है।

जो पदार्थ ओम के नियम का पालन करते हैं, उन्हें ओमिक कहा जाता है, जबकि जो पदार्थ ओम के नियम का पालन नहीं करते, उन्हें नॉनओमिक कहा जाता है। लगभग सभी धात्विक चालक ओमिक होते हैं, जबकि कई अन्य पदार्थ नॉनओमिक होते हैं।

गैर-ओमिक पदार्थों में, विद्युत प्रतिरोध स्थिर नहीं होता, बल्कि धारा और विभवांतर के आधार पर बदलता रहता है। इसका अर्थ यह है कि यदि धारा बदलती है, तो पदार्थ का प्रतिरोध भी बदलता है, और इसी प्रकार, यदि वोल्टेज बदलता है, तो पदार्थ का प्रतिरोध भी बदलता है। विद्युत प्रतिरोध में परिवर्तन के कारण, गैर-ओमिक पदार्थों में वोल्टेज (V) धारा (I) के सीधे समानुपाती नहीं होता है।

V, I और R ग्राफ़

ओमिक पदार्थों में, V और I का अनुपात स्थिर होता है, जिसे एक सीधी रेखा द्वारा दर्शाया जाता है। धात्विक चालक ओमिक पदार्थों के उदाहरण हैं। वहीं, गैर-ओमिक पदार्थों में, V और I का अनुपात स्थिर नहीं होता है, जिसे एक वक्र रेखा द्वारा दर्शाया जाता है। अर्धचालक डायोड और ट्रांजिस्टर गैर-ओमिक पदार्थों के उदाहरण हैं।

ओम का नियम केवल ओमिक पदार्थों पर लागू होता है, सभी पदार्थों पर नहीं। इसलिए इसे न्यूटन के नियमों या भौतिकी के अन्य नियमों की तरह नियम कहना गलत है। भौतिकी के नियम वास्तव में सभी वस्तुओं पर लागू होते हैं, न कि केवल कुछ वस्तुओं पर। हालांकि, ओम के नियम का उपयोग आम हो गया है, इसलिए इसे अभी भी ओम का नियम ही कहा जाता है, बशर्ते यह याद रखा जाए कि ओम का नियम केवल ओमिक पदार्थों पर ही लागू होता है। ओम के नियम के अलावा, एक और आम गलतफहमी आदर्श गैस नियम या हुक के नियम का उपयोग है।