Comprendere la legge di Ohm
Studia anche il materiale relativo agli esempi e alle discussioni sulla legge di Ohm.
In quasi tutti i conduttori metallici, campo elettrico sebanding dengan densità di corrente elettrica, dove il rapporto tra il campo elettrico e la densità di corrente elettrica è costante. Matematicamente espresso attraverso l'equazione:
ρ = E / J
Descrizione: E = campo elettrico, ρ = resistività, J = densità di corrente elettrica.
La costante di proporzionalità ρ è chiamata resistenza specifica o resistività, il cui valore è costante e non dipende dal campo elettrico che produce la corrente elettrica.
Se il campo elettrico aumenta, anche la densità di corrente elettrica aumenta; viceversa, se il campo elettrico diminuisce, anche la densità di corrente elettrica diminuisce, in modo che il rapporto tra campo elettrico e densità di corrente elettrica rimanga costante. Questa è una formulazione della legge di Ohm . Pertanto, l'equazione sopra riportata spiega la legge di Ohm solo quando ρ è costante e indipendente dal campo elettrico. La legge di Ohm non si applica se il valore di ρ cambia al variare del campo elettrico.
Tuttavia, è più facile misurare il potenziale elettrico (V) che il campo elettrico (E), ed è anche più facile misurare la corrente elettrica (I) che la densità di corrente elettrica (J). Pertanto, oltre ad essere espressa in termini di campo elettrico , densità di corrente elettrica e resistività (ρ), la legge di Ohm è espressa anche in termini di potenziale elettrico , corrente elettrica e resistenza elettrica (R).
Consideriamo innanzitutto un filo conduttore di lunghezza l, area della sezione trasversale A e una differenza di potenziale elettrico V tra le sue due estremità. Se il campo elettrico è omogeneo, ovvero uniforme in tutto il filo, la relazione tra il campo elettrico e la differenza di potenziale elettrico è espressa dall'equazione V = E s ( questa equazione è stata trattata nella sezione relativa al potenziale elettrico ). Se la densità di corrente elettrica è omogenea, ovvero uniforme in tutto il filo, la relazione tra la densità di corrente elettrica e la corrente elettrica è espressa dall'equazione I = JA ( questa equazione è stata trattata nella sezione relativa alla corrente elettrica ).
Per ottenere un'equazione che esprima la relazione tra potenziale elettrico (V), corrente elettrica (I) e resistenza elettrica (R), sostituire E e J nell'equazione della resistenza con E nell'equazione del potenziale elettrico e J nell'equazione della corrente elettrica:
Questa è un'equazione che spiega la relazione tra potenziale elettrico (V), corrente elettrica (I) e resistenza elettrica (R) in un conduttore. In base a questa equazione, si può affermare che la resistenza elettrica in un conduttore è il rapporto tra la differenza di potenziale elettrico e la corrente elettrica che lo attraversa.
La legge di Ohm afferma che il rapporto tra la differenza di potenziale elettrico e la corrente elettrica è costante. In altre parole, questa equazione spiega la legge di Ohm solo quando la resistenza elettrica (R) è costante. La legge di Ohm non si applica se la resistenza elettrica non è costante, cioè se varia.
Nella derivazione dell'equazione precedente, la resistenza elettrica (R) di un conduttore è anche correlata alla resistenza specifica (ρ), alla lunghezza del conduttore (l) e all'area della sezione trasversale (A) del conduttore. Matematicamente, ciò si esprime nell'equazione:
Questa equazione viene discussa in modo più dettagliato nell'articolo sulla resistenza elettrica.
Formula della legge di Ohm
La legge di Ohm è spiegata da due equazioni, ovvero ρ = E/J e R = V/I. È importante notare che queste due equazioni rappresentano la legge di Ohm solo quando ρ e R sono costanti. Se ρ e R di un conduttore variano, queste due equazioni non descrivono più la legge di Ohm, ma ρ = E/J spiega la resistività del conduttore e R = V/I spiega la resistenza elettrica del conduttore.
L'equazione ρ = E/J può essere scritta come E = ρ J. Quando ρ è costante, E è direttamente proporzionale a J, il che significa che se E aumenta, anche J aumenta, e se E diminuisce, anche J diminuisce.
Analogamente, l'equazione R = V/I può essere scritta come V = I R. Quando R è costante, V è direttamente proporzionale a I, il che significa che se V aumenta, I aumenta, e se V diminuisce, I diminuisce.
I materiali che obbediscono alla legge di Ohm sono detti ohmici, mentre quelli che non la obbediscono sono detti non ohmici. Quasi tutti i conduttori metallici sono ohmici, mentre molti altri materiali sono non ohmici.
Nei materiali non ohmici, la resistenza elettrica non è costante, ma varia in funzione della corrente e della differenza di potenziale. Ciò significa che se la corrente cambia, cambia anche la resistenza del materiale e, analogamente, se la tensione cambia, cambia anche la resistenza del materiale. Poiché la resistenza elettrica varia, nei materiali non ohmici la tensione (V) non è direttamente proporzionale alla corrente (I).
Grafici V, I e R
Nei materiali ohmici, il rapporto tra V e I è costante, rappresentato da una linea retta. Esempi di materiali ohmici sono i conduttori metallici. Nei materiali non ohmici, invece, il rapporto tra V e I non è costante, rappresentato da una linea curva. Esempi di materiali non ohmici sono i diodi e i transistor a semiconduttore.
La legge di Ohm si applica solo ai materiali ohmici e non a tutti i materiali, quindi è scorretto definirla una legge come le leggi di Newton o altre leggi della fisica. Le leggi della fisica, infatti, si applicano a tutti gli oggetti, non solo a determinati. Tuttavia, l'uso della legge di Ohm è diventato una pratica comune, quindi viene ancora chiamata legge di Ohm, purché si ricordi che si applica solo agli oggetti ohmici. Oltre alla legge di Ohm, un altro esempio di equivoco comune è l'uso della legge dei gas ideali o legge di Hooke.
