Forstå Ohms lov
Studer også stoffet om eksempelspørsmål om Ohms lov og diskusjonen av spørsmål om Ohms lov.
I nesten alle metallledere, elektrisk felt sebanding med elektrisk strømtetthet, hvor forholdet mellom det elektriske feltet og den elektriske strømtettheten er konstant. Matematisk uttrykt gjennom ligningen:
ρ = E / J
Beskrivelse: E = elektrisk felt, ρ = resistivitet, J = elektrisk strømtetthet.
Proporsjonalitetskonstanten ρ kalles den spesifikke motstanden eller resistiviteten, hvis verdi er konstant og ikke avhenger av det elektriske feltet som produserer den elektriske strømmen.
Hvis det elektriske feltet øker, øker også den elektriske strømtettheten. Omvendt, hvis det elektriske feltet avtar, avtar også den elektriske strømtettheten, slik at forholdet mellom det elektriske feltet og den elektriske strømtettheten er konstant. Dette er en uttalelse om Ohms lov . Så ligningen ovenfor forklarer Ohms lov bare når ρ er konstant og uavhengig av det elektriske feltet. Ohms lov gjelder ikke hvis verdien av ρ endres når det elektriske feltet endres.
Det er imidlertid enklere å måle elektrisk potensial (V) enn elektrisk felt (E), og det er også enklere å måle elektrisk strøm (I) enn elektrisk strømtetthet (J). Derfor, i tillegg til å bli uttrykt i form av elektrisk felt , elektrisk strømtetthet og resistivitet (ρ), uttrykkes Ohms lov også i form av elektrisk potensial , elektrisk strøm og elektrisk motstand (R).
Først, betrakt en trådleder som har en lengde (l), et tverrsnittsareal (A) og en elektrisk potensialforskjell (V) mellom de to endene av ledningen. Hvis det elektriske feltet er homogent, dvs. det samme overalt, uttrykkes forholdet mellom det elektriske feltet og den elektriske potensialforskjellen i ligningen V = E s ( denne ligningen har blitt diskutert i materialet om elektrisk potensial ). Hvis den elektriske strømtettheten er homogen, dvs. den samme overalt, uttrykkes forholdet mellom den elektriske strømtettheten og den elektriske strømmen i ligningen I = J A ( denne ligningen har blitt diskutert i materialet om elektrisk strøm ).
For å få en ligning som angir forholdet mellom elektrisk potensial (V), elektrisk strøm (I) og elektrisk motstand (R), erstatt E og J i motstandsligningen med E i ligningen for elektrisk potensial og J i ligningen for elektrisk strøm:
Dette er en ligning som forklarer forholdet mellom elektrisk potensial (V), elektrisk strøm (I) og elektrisk motstand (R) i en leder. Basert på denne ligningen kan det sies at den elektriske motstanden i en leder er forholdet mellom den elektriske potensialforskjellen og den elektriske strømmen i lederen.
Ohms lov sier at forholdet mellom elektrisk potensialforskjell og elektrisk strøm er en konstant. Med andre ord forklarer denne ligningen Ohms lov bare når den elektriske motstanden (R) er konstant. Ohms lov gjelder ikke hvis den elektriske motstanden ikke er konstant, dvs. den varierer.
I utledningen av ligningen ovenfor er den elektriske motstanden (R) til en leder også relatert til den spesifikke motstanden (ρ), lederens lengde (l) og lederens tverrsnittsareal (A). Matematisk uttrykkes dette i ligningen:
Denne ligningen diskuteres mer detaljert i artikkelen om elektrisk motstand.
Ohms lovformel
Ohms lov forklares av to ligninger, nemlig ρ = E/J og R = V/I. Det skal bemerkes at disse to ligningene bare er Ohms lovligninger når ρ er konstant og R er konstant. Hvis ρ og R for en leder endrer seg, forklarer ikke disse to ligningene Ohms lov, men ρ = E/J forklarer den spesifikke motstanden til en leder og R = V/I forklarer den elektriske motstanden til en leder.
Ligningen ρ = E/J kan skrives som E = ρ J. Når ρ er konstant, er E direkte proporsjonal med J, som betyr at hvis E øker, øker J, eller hvis E minker, minker J.
På samme måte kan ligningen R = V/I skrives som V = I/R. Når R er konstant, er V direkte proporsjonal med I, som betyr at hvis V øker, øker I, eller hvis V avtar, avtar I.
Materialer som følger Ohms lov sies å være ohmske, mens materialer som ikke følger Ohms lov sies å være ikke-ohmske. Nesten alle metalliske ledere er ohmske, mens mange andre materialer er ikke-ohmske.
I ikke-ohmske materialer er ikke den elektriske motstanden konstant, men varierer avhengig av strøm og potensialforskjell. Dette betyr at hvis strømmen endres, endres også materialets motstand, og på samme måte, hvis spenningen endres, endres også materialets motstand. Fordi den elektriske motstanden varierer, er ikke spenningen (V) direkte proporsjonal med strømmen (I) i ikke-ohmske materialer.
V-, I- og R-grafer
I ohmske materialer er forholdet mellom V og I konstant, representert av en rett linje. Eksempler på ohmske materialer er metalliske ledere. I ikke-ohmske materialer er derimot forholdet mellom V og I ikke konstant, representert av en buet linje. Eksempler på ikke-ohmske materialer er halvlederdioder og transistorer.
Ohms lov gjelder bare for ohmske materialer og ikke for alle materialer, så det er feil å kalle den en lov som Newtons lover eller andre fysikklover. Fysikklovene gjelder faktisk for alle objekter, ikke bare for visse objekter. Bruken av Ohms lov har imidlertid blitt vanlig praksis, så den kalles fortsatt Ohms lov, så lenge man husker at Ohms lov bare gjelder for ohmske objekter. Foruten Ohms lov er et annet eksempel på en vanlig misforståelse bruken av idealgassloven eller Hookes lov.
