Ohm törvényének megértése
Tanulmányozd az Ohm törvényével kapcsolatos példakérdésekről és az Ohm törvényével kapcsolatos kérdések megvitatásával kapcsolatos anyagot is .
Szinte minden fémvezetőben elektromos mező sebanding dengan elektromos áramsűrűség, ahol az elektromos térerősség és az elektromos áramsűrűség aránya állandó. Matematikailag a következő egyenlettel fejezhető ki:
ρ = E / J
Leírás: E = elektromos térerősség, ρ = ellenállás, J = áramsűrűség.
A ρ arányossági állandót fajlagos ellenállásnak vagy fajlagos ellenállásnak nevezzük , amelynek értéke állandó és nem függ az elektromos áramot létrehozó elektromos tértől.
Ha az elektromos tér növekszik, az elektromos áram sűrűsége is növekszik, fordítva, ha az elektromos tér csökken, az elektromos áram sűrűsége is csökken, így az elektromos tér és az elektromos áram sűrűsége aránya állandó. Ez Ohm törvényének egy megfogalmazása . Tehát a fenti egyenlet csak akkor magyarázza meg Ohm törvényét, ha ρ állandó és független az elektromos tértől. Ohm törvénye nem érvényes, ha ρ értéke változik az elektromos tér változásával.
Azonban könnyebb mérni az elektromos potenciált (V), mint az elektromos teret (E), és az elektromos áramot (I) is könnyebb mérni, mint az elektromos áramsűrűséget (J). Ezért az elektromos tér , az elektromos áramsűrűség és az ellenállás (ρ) mellett Ohm törvényét elektromos potenciállal , elektromos árammal és elektromos ellenállással (R) is kifejezik.
Először is, vegyünk egy vezetőt, amelynek hossza (l), keresztmetszeti területe (A), és a vezeték két vége között elektromos potenciálkülönbség (V) van. Ha az elektromos mező homogén, azaz mindenhol azonos, akkor az elektromos mező és az elektromos potenciálkülönbség közötti kapcsolatot az V = E s egyenlet fejezi ki ( ezt az egyenletet az elektromos potenciál anyagban tárgyaltuk ). Ha az elektromos áram sűrűsége homogén, azaz mindenhol azonos, akkor az elektromos áram sűrűsége és az elektromos áram közötti kapcsolatot az I = JA egyenlet fejezi ki ( ezt az egyenletet az elektromos áram anyagban tárgyaltuk ).
Az elektromos potenciál (V), az elektromos áram (I) és az elektromos ellenállás (R) közötti összefüggést kifejező egyenlet előállításához az ellenállásegyenletben E és J helyére az elektromos potenciálegyenletben E, az elektromos áramegyenletben pedig J helyére kell cserélni:
Ez egy olyan egyenlet, amely a vezetőben lévő elektromos potenciál (V), elektromos áram (I) és elektromos ellenállás (R) közötti kapcsolatot magyarázza el. Ezen egyenlet alapján kijelenthető, hogy a vezető elektromos ellenállása az elektromos potenciálkülönbség és a vezetőben folyó elektromos áram aránya.
Ohm törvénye kimondja, hogy az elektromos potenciálkülönbség és az elektromos áram aránya állandó. Más szóval, ez az egyenlet csak akkor magyarázza meg Ohm törvényét, ha az elektromos ellenállás (R) állandó. Ohm törvénye nem érvényes, ha az elektromos ellenállás nem állandó, azaz változik.
A fenti egyenlet levezetésében a vezető elektromos ellenállása (R) a fajlagos ellenállással (ρ), a vezető hosszával (l) és a vezető keresztmetszetével (A) is összefügg. Matematikailag ezt a következő egyenlet fejezi ki:
Ezt az egyenletet részletesebben tárgyalja az elektromos ellenállásról szóló cikk.
Ohm törvényének képlete
Ohm törvényét két egyenlet magyarázza, nevezetesen ρ = E/J és R = V/I. Meg kell jegyezni, hogy ez a két egyenlet csak akkor Ohm törvénye, ha ρ és R állandó. Ha egy vezető ρ és R értéke változik, ez a két egyenlet nem magyarázza meg Ohm törvényét, de ρ = E/J magyarázza a vezető fajlagos ellenállását , R = V/I pedig a vezető elektromos ellenállását .
A ρ = E/J egyenlet E = ρ J alakban írható fel. Amikor ρ állandó, akkor E egyenesen arányos J-vel, ami azt jelenti, hogy ha E növekszik, akkor J növekszik, vagy ha E csökken, akkor J csökken.
Hasonlóképpen, az R = V/I egyenlet V = I R alakban írható fel. Amikor R állandó, V egyenesen arányos I-vel, ami azt jelenti, hogy ha V növekszik, I növekszik, vagy ha V csökken, I csökken.
Az Ohm törvényét betartó anyagokat ohmosnak, míg az Ohm törvényét nem betartó anyagokat nem ohmosnak nevezzük. Szinte az összes fémes vezető ohmos, míg sok más anyag nem ohmos.
Nem ohmos anyagokban az elektromos ellenállás nem állandó, hanem az áram és a potenciálkülönbség függvényében változik. Ez azt jelenti, hogy ha az áram változik, az anyag ellenállása is változik, és hasonlóképpen, ha a feszültség változik, az anyag ellenállása is változik. Mivel az elektromos ellenállás változik, a nem ohmos anyagokban a feszültség (V) nem egyenesen arányos az árammal (I).
V, I és R grafikonok
Ohmos anyagokban a V és I arány állandó, ezt egyenes vonal jelöli. Az ohmos anyagokra példák a fémes vezetők. Eközben a nem ohmos anyagokban a V és I arány nem állandó, ezt görbe vonal jelöli. A nem ohmos anyagokra példák a félvezető diódák és a tranzisztorok.
Ohm törvénye csak ohmikus anyagokra vonatkozik, és nem minden anyagra, ezért helytelen olyan törvénynek nevezni, mint Newton törvényei vagy más fizikai törvények. A fizika törvényei valójában minden tárgyra vonatkoznak, nem csak bizonyos tárgyakra. Ohm törvényének alkalmazása azonban bevett gyakorlattá vált, ezért továbbra is Ohm törvényének nevezik, mindaddig, amíg emlékezünk arra, hogy Ohm törvénye csak ohmikus tárgyakra vonatkozik. Ohm törvénye mellett egy másik gyakori tévhit az ideális gáztörvény vagy Hooke törvényének használata.
