ओहमचा नियम

ओहमचा नियम समजून घेणे

तसेच ओहमच्या नियमावरील उदाहरणांचे प्रश्न आणि त्यावरील चर्चेचा अभ्यास करा.

जवळजवळ सर्व धातूंच्या वाहकांमध्ये, विद्युत क्षेत्र च्या प्रमाणात विद्युत प्रवाह घनता, जिथे विद्युत क्षेत्राचे विद्युत प्रवाह घनतेशी असलेले गुणोत्तर स्थिर असते. गणितानुसार हे समीकरण असे आहे:
ρ = E / J
वर्णन: E = विद्युत क्षेत्र, ρ = रोधकता, J = विद्युत प्रवाह घनता.

समानुपाती स्थिरांक ρ ला विशिष्ट रोध किंवा रोधकता म्हणतात, ज्याचे मूल्य स्थिर असते आणि ते विद्युत प्रवाह निर्माण करणाऱ्या विद्युत क्षेत्रावर अवलंबून नसते.

जर विद्युत क्षेत्र वाढले, तर विद्युत प्रवाहाची घनता देखील वाढते, याउलट, जर विद्युत क्षेत्र कमी झाले, तर विद्युत प्रवाहाची घनता देखील कमी होते, त्यामुळे विद्युत क्षेत्र आणि विद्युत प्रवाहाची घनता यांचे गुणोत्तर स्थिर राहते. हे ओहमच्या नियमाचे विधान आहे . म्हणून, वरील समीकरण ओहमचा नियम तेव्हाच स्पष्ट करते, जेव्हा ρ स्थिर आणि विद्युत क्षेत्रावर अवलंबून नसते. जर विद्युत क्षेत्र बदलल्यावर ρ चे मूल्य बदलत असेल, तर ओहमचा नियम लागू होत नाही.

तथापि, विद्युत क्षेत्रापेक्षा (E) विद्युत विभवाचे (V) मापन करणे सोपे आहे आणि विद्युत प्रवाह घनतेपेक्षा (J) विद्युत प्रवाहाचे (I) मापन करणे देखील सोपे आहे. म्हणून, ओहमचा नियम विद्युत क्षेत्र , विद्युत प्रवाह घनता आणि रोधकता (ρ) यांच्या संदर्भात व्यक्त करण्याव्यतिरिक्त, विद्युत विभव , विद्युत प्रवाह आणि विद्युत रोध (R) यांच्या संदर्भात देखील व्यक्त केला जातो .

सर्वप्रथम, एक तार वाहक विचारात घ्या ज्याची लांबी (l), छेद क्षेत्रफळ (A) आहे आणि तारेच्या दोन्ही टोकांमध्ये विद्युत विभवांतर (V) आहे. जर विद्युत क्षेत्र एकसमान असेल, म्हणजेच संपूर्ण तारेत एकसारखे असेल, तर विद्युत क्षेत्र आणि विद्युत विभवांतर यांच्यातील संबंध V = E s या समीकरणात व्यक्त केला जातो ( या समीकरणावर विद्युत विभव सामग्रीमध्ये चर्चा केली आहे ). जर विद्युत प्रवाह घनता एकसमान असेल, म्हणजेच संपूर्ण तारेत एकसारखी असेल, तर विद्युत प्रवाह घनता आणि विद्युत प्रवाह यांच्यातील संबंध I = JA या समीकरणात व्यक्त केला जातो ( या समीकरणावर विद्युत प्रवाह सामग्रीमध्ये चर्चा केली आहे ).

विद्युत विभव (V), विद्युत प्रवाह (I) आणि विद्युत रोध (R) यांच्यातील संबंध दर्शवणारे समीकरण मिळवण्यासाठी , रोधाच्या समीकरणातील E आणि J च्या जागी विद्युत विभवाच्या समीकरणात E आणि विद्युत प्रवाहाच्या समीकरणात J ठेवा:

हे एक समीकरण आहे जे वाहकामधील विद्युत विभव (V), विद्युत प्रवाह (I) आणि विद्युत रोध (R) यांच्यातील संबंध स्पष्ट करते. या समीकरणाच्या आधारे असे म्हणता येईल की, वाहकामधील विद्युत रोध म्हणजे त्या वाहकातील विद्युत विभवांतर आणि विद्युत प्रवाह यांचे गुणोत्तर होय.

ओहमचा नियम सांगतो की विद्युत विभवांतर आणि विद्युत प्रवाह यांचे गुणोत्तर स्थिर असते. दुसऱ्या शब्दांत, हे समीकरण ओहमचा नियम तेव्हाच स्पष्ट करते जेव्हा विद्युत रोध (R) स्थिर असतो. जर विद्युत रोध स्थिर नसेल, म्हणजेच तो बदलत असेल, तर ओहमचा नियम लागू होत नाही.

वरील समीकरणाच्या व्युत्पत्तीमध्ये, वाहकाचा विद्युत रोध (R) हा विशिष्ट रोध (ρ), वाहकाची लांबी (l) आणि वाहकाचे आडछेद क्षेत्रफळ (A) यांच्याशी देखील संबंधित आहे. गणितानुसार, हे खालील समीकरणात व्यक्त केले जाते:

या समीकरणाची चर्चा विद्युत रोधावरील लेखात अधिक तपशीलवार केली आहे.

ओहमच्या नियमाचे सूत्र

ओहमचा नियम ρ = E/J आणि R = V/I या दोन समीकरणांनी स्पष्ट केला जातो. हे लक्षात घेतले पाहिजे की, ही दोन समीकरणे केवळ तेव्हाच ओहमच्या नियमाची समीकरणे असतात, जेव्हा ρ आणि R स्थिर असतात. जर वाहकाचे ρ आणि R बदलले, तर ही दोन समीकरणे ओहमचा नियम स्पष्ट करत नाहीत, परंतु ρ = E/J हे समीकरण वाहकाचा विशिष्ट रोध स्पष्ट करते आणि R = V/I हे समीकरण वाहकाचा विद्युत रोध स्पष्ट करते.

ρ = E/J हे समीकरण E = ρ J असे लिहिता येते. जेव्हा ρ स्थिर असतो, तेव्हा E हे J च्या समप्रमाणात असते, म्हणजेच E वाढल्यास J वाढतो किंवा E कमी झाल्यास J कमी होतो.
त्याचप्रमाणे, R = V/I हे समीकरण V = I R असे लिहिता येते. जेव्हा R स्थिर असतो, तेव्हा V हे I च्या समप्रमाणात असते, म्हणजेच V वाढल्यास I वाढतो, किंवा V कमी झाल्यास I कमी होतो.

जे पदार्थ ओहमच्या नियमाचे पालन करतात त्यांना ओमिक म्हणतात, तर जे पदार्थ ओहमच्या नियमाचे पालन करत नाहीत त्यांना नॉनओमिक म्हणतात. जवळजवळ सर्व धातूंचे वाहक ओमिक असतात, तर इतर अनेक पदार्थ नॉनओमिक असतात.

नॉन-ओह्मिक पदार्थांमध्ये, विद्युत रोध स्थिर नसतो, तर तो विद्युत प्रवाह आणि विभवांतरावर अवलंबून बदलतो. याचा अर्थ असा की, जर विद्युत प्रवाह बदलला, तर पदार्थाचा रोध देखील बदलतो आणि त्याचप्रमाणे, जर व्होल्टेज बदलले, तर पदार्थाचा रोध देखील बदलतो. विद्युत रोध बदलत असल्यामुळे, नॉन-ओह्मिक पदार्थांमध्ये व्होल्टेज (V) हे विद्युत प्रवाहाच्या (I) समप्रमाणात नसते.

V, I आणि R आलेख

ओमिक पदार्थांमध्ये, V आणि I यांचे गुणोत्तर स्थिर असते, जे एका सरळ रेषेने दर्शवले जाते. धातूंचे वाहक ही ओमिक पदार्थांची उदाहरणे आहेत. याउलट, नॉन-ओमिक पदार्थांमध्ये, V आणि I यांचे गुणोत्तर स्थिर नसते, जे एका वक्र रेषेने दर्शवले जाते. सेमीकंडक्टर डायोड आणि ट्रान्झिस्टर ही नॉन-ओमिक पदार्थांची उदाहरणे आहेत.

ओहमचा नियम फक्त ओमिक पदार्थांनाच लागू होतो, सर्व पदार्थांना नाही, म्हणून त्याला न्यूटनच्या नियमांसारखा किंवा भौतिकशास्त्राच्या इतर नियमांसारखा नियम म्हणणे चुकीचे आहे. भौतिकशास्त्राचे नियम खरे तर सर्व वस्तूंना लागू होतात, केवळ काही विशिष्ट वस्तूंना नाही. तथापि, ओहमच्या नियमाचा वापर आता एक सामान्य प्रथा बनला आहे, त्यामुळे जोपर्यंत हे लक्षात ठेवले जाते की ओहमचा नियम फक्त ओमिक वस्तूंनाच लागू होतो, तोपर्यंत त्याला अजूनही ओहमचा नियमच म्हटले जाते. ओहमच्या नियमाव्यतिरिक्त, आदर्श वायू नियम किंवा हुकच्या नियमाचा वापर हे एका सामान्य गैरसमजाचे दुसरे उदाहरण आहे.