Razumijevanje Ohmovog zakona
Također proučite materijal o primjerima pitanja o Ohmovom zakonu i raspravi o pitanjima o Ohmovom zakonu.
U gotovo svim metalnim vodičima, električno polje sebanding s gustoća električne struje, gdje je omjer električnog polja i gustoće električne struje konstantan. Matematički izraženo jednadžbom:
ρ = E / J
Opis: E = električno polje, ρ = otpor, J = gustoća električne struje.
Konstanta proporcionalnosti ρ naziva se specifični otpor ili specifična otpornost, čija je vrijednost konstantna i ne ovisi o električnom polju koje proizvodi električnu struju.
Ako se električno polje povećava, gustoća električne struje se također povećava, obrnuto, ako se električno polje smanjuje, gustoća električne struje se također smanjuje, tako da je omjer električnog polja i gustoće električne struje konstantan. Ovo je izjava Ohmovog zakona . Dakle, gornja jednadžba objašnjava Ohmov zakon samo kada je ρ konstantan i neovisan o električnom polju. Ohmov zakon ne vrijedi ako se vrijednost ρ mijenja kada se mijenja električno polje.
Međutim, lakše je izmjeriti električni potencijal (V) nego električno polje (E), a također je lakše izmjeriti električnu struju (I) nego gustoću električne struje (J). Stoga, osim što se izražava u terminima električnog polja , gustoće električne struje i otpora (ρ), Ohmov zakon se također izražava u terminima električnog potencijala , električne struje i električnog otpora (R).
Prvo, razmotrimo žičani vodič duljine (l), površine presjeka (A) i postoji razlika električnog potencijala (V) između dva kraja žice. Ako je električno polje homogeno, tj. jednako u cijelom krugu, tada je odnos između električnog polja i razlike električnog potencijala izražen jednadžbom V = E s ( ova je jednadžba raspravljena u materijalu o električnom potencijalu ). Ako je gustoća električne struje homogena, tj. ista u cijelom krugu, tada je odnos između gustoće električne struje i električne struje izražen jednadžbom I = JA ( ova je jednadžba raspravljena u materijalu o električnoj struji ).
Da biste dobili jednadžbu koja opisuje odnos između električnog potencijala (V), električne struje (I) i električnog otpora (R), zamijenite E i J u jednadžbi otpora s E u jednadžbi električnog potencijala i J u jednadžbi električne struje:
Ovo je jednadžba koja objašnjava odnos između električnog potencijala (V), električne struje (I) i električnog otpora (R) u vodiču. Na temelju ove jednadžbe može se reći da je električni otpor u vodiču omjer razlike električnog potencijala i električne struje u vodiču.
Ohmov zakon kaže da je omjer razlike električnog potencijala i električne struje konstanta. Drugim riječima, ova jednadžba objašnjava Ohmov zakon samo kada je električni otpor (R) konstantan. Ohmov zakon ne vrijedi ako električni otpor nije konstantan, tj. ako se mijenja.
U izvođenju gornje jednadžbe, električni otpor (R) vodiča također je povezan sa specifičnim otporom (ρ), duljinom vodiča (l) i površinom poprečnog presjeka (A) vodiča. Matematički se to izražava jednadžbom:
Ova jednadžba je detaljnije objašnjena u članku o električnom otporu.
Ohmova formula zakona
Ohmov zakon objašnjavaju dvije jednadžbe, i to ρ = E/J i R = V/I. Treba napomenuti da su ove dvije jednadžbe jednadžbe Ohmovog zakona samo kada je ρ konstantan i R je konstantan. Ako se ρ i R vodiča mijenjaju, ove dvije jednadžbe ne objašnjavaju Ohmov zakon, ali ρ = E/J objašnjava specifični otpor vodiča, a R = V/I objašnjava električni otpor vodiča.
Jednadžba ρ = E/J može se napisati kao E = ρ J. Kada je ρ konstantan, tada je E izravno proporcionalan J, što znači da ako se E povećava, tada se J povećava ili ako se E smanjuje, tada se J smanjuje.
Slično tome, jednadžba R = V/I može se napisati kao V = I R. Kada je R konstantan, V je izravno proporcionalan I, što znači da ako se V povećava, I se povećava, ili ako se V smanjuje, I se smanjuje.
Materijali koji poštuju Ohmov zakon nazivaju se omskima, dok se materijali koji ne poštuju Ohmov zakon nazivaju neohmskima. Gotovo svi metalni vodiči su omski, dok su mnogi drugi materijali neohmski.
U neohmskim materijalima električni otpor nije konstantan, već varira ovisno o struji i razlici potencijala. To znači da ako se struja mijenja, mijenja se i otpor materijala, a slično tome, ako se mijenja napon, mijenja se i otpor materijala. Budući da se električni otpor mijenja, u neohmskim materijalima napon (V) nije izravno proporcionalan struji (I).
V, I i R grafovi
U omskim materijalima, omjer V i I je konstantan, predstavljen ravnom linijom. Primjeri omskih materijala su metalni vodiči. U međuvremenu, u neohmskim materijalima, omjer V i I nije konstantan, predstavljen zakrivljenom linijom. Primjeri neohmskih materijala su poluvodičke diode i tranzistori.
Ohmov zakon primjenjuje se samo na omske materijale, a ne na sve materijale, pa ga je netočno nazivati zakonom poput Newtonovih zakona ili drugih zakona fizike. Zakoni fizike zapravo se primjenjuju na sve objekte, a ne samo na određene objekte. Međutim, korištenje Ohmovog zakona postalo je uobičajena praksa, pa se još uvijek naziva Ohmovim zakonom, sve dok se ima na umu da se Ohmov zakon primjenjuje samo na omske objekte. Osim Ohmovog zakona, još jedan primjer uobičajene zablude je korištenje zakona idealnog plina ili Hookeovog zakona.
