Memahami Hukum Ohm
Pelajari juga bahan tentang contoh soalan hukum Ohm dan perbincangan soalan hukum Ohm.
Dalam hampir semua konduktor logam, medan elektrik sebanding dengan ketumpatan arus elektrik, dengan nisbah medan elektrik kepada ketumpatan arus elektrik adalah malar. Secara matematik diungkapkan melalui persamaan:
ρ = E / J
Penerangan: E = medan elektrik, ρ = kerintangan, J = ketumpatan arus elektrik.
Pemalar perkadaran ρ dipanggil rintangan atau kerintangan tentu, yang nilainya adalah malar dan tidak bergantung pada medan elektrik yang menghasilkan arus elektrik.
Jika medan elektrik meningkat, ketumpatan arus elektrik juga meningkat, sebaliknya, jika medan elektrik berkurangan, ketumpatan arus elektrik juga berkurangan, supaya nisbah medan elektrik kepada ketumpatan arus elektrik adalah malar. Ini adalah pernyataan hukum Ohm . Jadi persamaan di atas menerangkan hukum Ohm hanya apabila ρ adalah malar dan tidak bergantung kepada medan elektrik. Hukum Ohm tidak terpakai jika nilai ρ berubah apabila medan elektrik berubah.
Walau bagaimanapun, adalah lebih mudah untuk mengukur potensi elektrik (V) berbanding medan elektrik (E), dan ia juga lebih mudah untuk mengukur arus elektrik (I) berbanding ketumpatan arus elektrik (J). Oleh itu, selain dinyatakan dalam bentuk medan elektrik , ketumpatan arus elektrik dan kerintangan (ρ), hukum Ohm juga dinyatakan dalam bentuk potensi elektrik , arus elektrik dan rintangan elektrik (R).
Pertama, pertimbangkan konduktor dawai yang mempunyai panjang (l), luas keratan rentas (A) dan terdapat perbezaan keupayaan elektrik (V) antara kedua-dua hujung dawai. Jika medan elektrik adalah homogen, iaitu sama di seluruhnya, maka hubungan antara medan elektrik dan perbezaan keupayaan elektrik dinyatakan dalam persamaan V = E s ( persamaan ini telah dibincangkan dalam bahan keupayaan elektrik ). Jika ketumpatan arus elektrik adalah homogen, iaitu sama di seluruhnya, maka hubungan antara ketumpatan arus elektrik dan arus elektrik dinyatakan dalam persamaan I = JA ( persamaan ini telah dibincangkan dalam bahan arus elektrik ).
Untuk mendapatkan persamaan yang menyatakan hubungan antara keupayaan elektrik (V), arus elektrik (I) dan rintangan elektrik (R), gantikan E dan J dalam persamaan rintangan dengan E dalam persamaan keupayaan elektrik dan J dalam persamaan arus elektrik:
Ini adalah persamaan yang menjelaskan hubungan antara keupayaan elektrik (V), arus elektrik (I) dan rintangan elektrik (R) dalam konduktor. Berdasarkan persamaan ini, dapat dinyatakan bahawa rintangan elektrik dalam konduktor adalah nisbah perbezaan keupayaan elektrik kepada arus elektrik dalam konduktor.
Hukum Ohm menyatakan bahawa nisbah beza keupayaan elektrik kepada arus elektrik adalah malar. Dalam erti kata lain, persamaan ini menerangkan hukum Ohm hanya apabila rintangan elektrik (R) adalah malar. Hukum Ohm tidak terpakai jika rintangan elektrik tidak malar, iaitu, ia berubah-ubah.
Dalam terbitan persamaan di atas, rintangan elektrik (R) konduktor juga berkaitan dengan rintangan tentu (ρ), panjang konduktor (l) dan luas keratan rentas (A) konduktor. Secara matematik, ini dinyatakan dalam persamaan:
Persamaan ini dibincangkan dengan lebih terperinci dalam artikel tentang rintangan elektrik.
Formula Hukum Ohm
Hukum Ohm dijelaskan oleh dua persamaan, iaitu ρ = E/J dan R = V/I. Perlu diingatkan bahawa kedua-dua persamaan ini adalah persamaan hukum Ohm hanya apabila ρ adalah malar dan R adalah malar. Jika ρ dan R konduktor berubah, kedua-dua persamaan ini tidak menjelaskan hukum Ohm, tetapi ρ = E/J menjelaskan rintangan tentu konduktor dan R = V/I menjelaskan rintangan elektrik konduktor.
Persamaan ρ = E/J boleh ditulis sebagai E = ρ J. Apabila ρ adalah malar maka E adalah berkadar terus dengan J, bermakna jika E meningkat maka J meningkat atau jika E menurun maka J menurun.
Begitu juga, persamaan R = V/I boleh ditulis sebagai V = I R. Apabila R adalah malar, V adalah berkadar terus dengan I, bermakna jika V meningkat, I meningkat, atau jika V menurun, I menurun.
Bahan yang mematuhi hukum Ohm dikatakan ohmik, manakala bahan yang tidak mematuhi hukum Ohm dikatakan bukan ohmik. Hampir semua konduktor logam adalah ohmik, manakala banyak bahan lain adalah bukan ohmik.
Dalam bahan bukan omik, rintangan elektrik tidak malar, tetapi berbeza-beza bergantung pada arus dan beza keupayaan. Ini bermakna jika arus berubah, rintangan bahan juga berubah, dan begitu juga, jika voltan berubah, rintangan bahan juga berubah. Oleh kerana rintangan elektrik berbeza-beza, dalam bahan bukan omik, voltan (V) tidak berkadar terus dengan arus (I).
Graf V, I dan R
Dalam bahan ohmik, nisbah V kepada I adalah malar, diwakili oleh garis lurus. Contoh bahan ohmik ialah konduktor logam. Sementara itu, dalam bahan bukan ohmik, nisbah V kepada I adalah tidak malar, diwakili oleh garis melengkung. Contoh bahan bukan ohmik ialah diod semikonduktor dan transistor.
Hukum Ohm hanya terpakai kepada bahan ohm dan bukan kepada semua bahan, jadi adalah salah untuk memanggilnya hukum seperti hukum Newton atau hukum fizik yang lain. Hukum fizik sebenarnya terpakai kepada semua objek, bukan hanya kepada objek tertentu. Walau bagaimanapun, penggunaan hukum Ohm telah menjadi amalan biasa, jadi ia masih dipanggil hukum Ohm, selagi diingat bahawa hukum Ohm hanya terpakai kepada objek ohm. Selain hukum Ohm, satu lagi contoh salah tanggapan umum ialah penggunaan hukum gas ideal atau hukum Hooke.
