Að skilja lögmál Ohms
Kynnið ykkur einnig efnið um dæmi um lögmál Ohms og umræðu um spurningar um lögmál Ohms.
Í næstum öllum málmleiðurum, rafsvið í réttu hlutfalli við rafstraumþéttleiki, þar sem hlutfall rafsviðsins og rafstraumsþéttleikans er fast. Stærðfræðilega táknað með jöfnunni:
ρ = E / J
Lýsing: E = rafsvið, ρ = viðnám, J = rafstraumsþéttleiki.
Hlutfallsstuðullinn ρ kallast sértæk viðnám eða viðnám, en gildi þess er fasti og óháð rafsviðinu sem framleiðir rafstrauminn.
Ef rafsviðið eykst, þá eykst einnig rafstraumsþéttleikinn, og öfugt, ef rafsviðið minnkar, þá minnkar rafstraumsþéttleikinn einnig, þannig að hlutfall rafsviðsins og rafstraumsþéttleikans er stöðugt. Þetta er fullyrðing um lögmál Ohms . Þannig að jafnan hér að ofan útskýrir aðeins lögmál Ohms þegar ρ er stöðugt og óháð rafsviðinu. Lögmál Ohms á ekki við ef gildi ρ breytist þegar rafsviðið breytist.
Hins vegar er auðveldara að mæla rafspennu (V) en rafsvið (E), og það er einnig auðveldara að mæla rafstraum (I) en rafstraumsþéttleika (J). Þess vegna, auk þess að vera tjáð sem rafsvið , rafstraumsþéttleiki og viðnám (ρ), er lögmál Ohms einnig tjáð sem rafspenna , rafstraumur og rafviðnám (R).
Fyrst skal skoða vírleiðara sem hefur lengd (l) og þversniðsflatarmál (A) og spennumun (V) á milli enda vírsins. Ef rafsviðið er einsleitt, þ.e. það sama allan tímann, þá er sambandið milli rafsviðsins og spennumunsins tjáð í jöfnunni V = E s ( þessi jafna hefur verið rædd í rafspennuefninu ) . Ef rafstraumsþéttleikinn er einsleitur, þ.e. það sama allan tímann, þá er sambandið milli rafstraumsþéttleikans og rafstraumsins tjáð í jöfnunni I = JA ( þessi jafna hefur verið rædd í rafstraumsefninu ).
Til að fá jöfnu sem sýnir sambandið milli rafspennu (V), rafstraums (I) og rafviðnáms (R), skal skipta út E og J í viðnámsjöfnunni fyrir E í rafspennujöfnunni og J í rafstraumsjöfnunni:
Þetta er jafna sem útskýrir sambandið milli rafspennu (V), rafstraums (I) og rafviðnáms (R) í leiðara. Byggt á þessari jöfnu má fullyrða að rafviðnám í leiðara sé hlutfall rafspennumismunarins og rafstraumsins í leiðaranum.
Lögmál Ohms segir að hlutfall rafmagnsspennumunar og rafstraums sé fasti. Með öðrum orðum, þessi jafna útskýrir lögmál Ohms aðeins þegar rafviðnám (R) er fast. Lögmál Ohms á ekki við ef rafviðnám er ekki fast, þ.e. hún breytist.
Í útleiðslu jöfnunnar hér að ofan er rafviðnám (R) leiðara einnig tengt eðlisviðnáminu (ρ), lengd leiðarans (l) og þversniðsflatarmáli leiðarans (A). Stærðfræðilega er þetta tjáð í jöfnunni:
Nánar er fjallað um þessa jöfnu í greininni um rafviðnám.
Formúla lögmáls Ohms
Lögmál Ohms er útskýrt með tveimur jöfnum, þ.e. ρ = E/J og R = V/I. Það skal tekið fram að þessar tvær jöfnur eru lögmál Ohms aðeins þegar ρ er fasti og R er fasti. Ef ρ og R leiðara breytast, þá útskýra þessar tvær jöfnur ekki lögmál Ohms, en ρ = E/J útskýrir sértæka viðnám leiðara og R = V/I útskýrir rafviðnám leiðara.
Jöfnuna ρ = E/J má rita sem E = ρ J. Þegar ρ er fasti þá er E í beinu hlutfalli við J, sem þýðir að ef E eykst þá eykst J eða ef E minnkar þá minnkar J.
Á sama hátt má rita jöfnuna R = V/I sem V = I/R. Þegar R er fasti er V í beinu hlutfalli við I, sem þýðir að ef V eykst, þá eykst I, eða ef V minnkar, þá minnkar I.
Efni sem lúta lögmáli Ohms eru sögð vera ómísk, en efni sem lúta ekki lögmáli Ohms eru sögð vera ekki-ómísk. Næstum allir málmleiðarar eru ómískir, en mörg önnur efni eru ekki-ómísk.
Í efnum sem eru ekki ómísk er rafviðnámið ekki fast heldur breytilegt eftir straumi og spennumun. Þetta þýðir að ef straumurinn breytist, þá breytist viðnám efnisins einnig, og á sama hátt, ef spennan breytist, þá breytist viðnám efnisins einnig. Vegna þess að rafviðnámið er breytilegt, þá er spennan (V) í efnum sem eru ekki ómísk ekki í beinu hlutfalli við strauminn (I).
V, I og R gröf
Í ómskum efnum er hlutfallið V og I fast, táknað með beinni línu. Dæmi um ómskum efni eru málmleiðarar. Í óómskum efnum er hlutfallið V og I hins vegar ekki fast, táknað með bogadreginni línu. Dæmi um óómskum efni eru hálfleiðaradíóður og smárar.
Lögmál Ohms á aðeins við um ómísk efni en ekki öll efni, þannig að það er rangt að kalla það lögmál eins og lögmál Newtons eða önnur eðlisfræðilögmál. Eðlisfræðilögmál eiga í raun við um alla hluti, ekki bara ákveðna hluti. Hins vegar hefur notkun lögmáls Ohms orðið algeng, þannig að það er enn kallað lögmál Ohms, svo framarlega sem það er haft í huga að lögmál Ohms á aðeins við um ómísk hluti. Auk lögmáls Ohms er annað dæmi um algengan misskilning notkun á lögmáli hugsjónargassins eða lögmáli Hookes.
