Entendendo a Lei de Ohm
Estude também o material sobre exemplos de questões da lei de Ohm e discussões sobre questões da lei de Ohm.
Em quase todos os condutores metálicos, campo elétrico sebanding dengan densidade de corrente elétrica, onde a razão entre o campo elétrico e a densidade de corrente elétrica é constante. Matematicamente, isso é expresso pela equação:
ρ = E / J
Descrição: E = campo elétrico, ρ = resistividade, J = densidade de corrente elétrica.
A constante de proporcionalidade ρ é chamada de resistência específica ou resistividade, cujo valor é constante e não depende do campo elétrico que produz a corrente elétrica.
Se o campo elétrico aumenta, a densidade da corrente elétrica também aumenta; inversamente, se o campo elétrico diminui, a densidade da corrente elétrica também diminui, de modo que a razão entre o campo elétrico e a densidade da corrente elétrica permanece constante. Esta é uma afirmação da lei de Ohm . Portanto, a equação acima explica a lei de Ohm somente quando ρ é constante e independente do campo elétrico. A lei de Ohm não se aplica se o valor de ρ mudar quando o campo elétrico muda.
No entanto, é mais fácil medir o potencial elétrico (V) do que o campo elétrico (E), e também é mais fácil medir a corrente elétrica (I) do que a densidade de corrente elétrica (J). Portanto, além de ser expressa em termos de campo elétrico , densidade de corrente elétrica e resistividade (ρ), a lei de Ohm também é expressa em termos de potencial elétrico , corrente elétrica e resistência elétrica (R).
Primeiramente, considere um fio condutor com comprimento (l), área de seção transversal (A) e uma diferença de potencial elétrico (V) entre suas duas extremidades. Se o campo elétrico for homogêneo, ou seja, o mesmo em toda a sua extensão, a relação entre o campo elétrico e a diferença de potencial elétrico é expressa pela equação V = E s ( esta equação foi discutida no material sobre potencial elétrico ). Se a densidade de corrente elétrica for homogênea, ou seja, a mesma em toda a sua extensão, a relação entre a densidade de corrente elétrica e a corrente elétrica é expressa pela equação I = JA ( esta equação foi discutida no material sobre corrente elétrica ).
Para obter uma equação que estabeleça a relação entre o potencial elétrico (V), a corrente elétrica (I) e a resistência elétrica (R), substitua E e J na equação da resistência por E na equação do potencial elétrico e J na equação da corrente elétrica:
Esta é uma equação que explica a relação entre o potencial elétrico (V), a corrente elétrica (I) e a resistência elétrica (R) em um condutor. Com base nessa equação, pode-se afirmar que a resistência elétrica em um condutor é a razão entre a diferença de potencial elétrico e a corrente elétrica no condutor.
A lei de Ohm afirma que a razão entre a diferença de potencial elétrico e a corrente elétrica é constante. Em outras palavras, essa equação explica a lei de Ohm somente quando a resistência elétrica (R) é constante. A lei de Ohm não se aplica se a resistência elétrica não for constante, ou seja, se variar.
Na dedução da equação acima, a resistência elétrica (R) de um condutor também está relacionada à resistividade (ρ), ao comprimento do condutor (l) e à área da seção transversal (A) do condutor. Matematicamente, isso é expresso pela equação:
Essa equação é discutida com mais detalhes no artigo sobre resistência elétrica.
Fórmula da Lei de Ohm
A lei de Ohm é explicada por duas equações, ρ = E/J e R = V/I. Deve-se notar que essas duas equações são válidas apenas quando ρ e R são constantes. Se ρ e R de um condutor variarem, essas duas equações não explicam a lei de Ohm, mas ρ = E/J explica a resistividade do condutor e R = V/I explica a resistência elétrica do condutor.
A equação ρ = E/J pode ser escrita como E = ρ J. Quando ρ é constante, então E é diretamente proporcional a J, o que significa que se E aumenta, J aumenta, e vice-versa.
Da mesma forma, a equação R = V/I pode ser escrita como V = I R. Quando R é constante, V é diretamente proporcional a I, o que significa que se V aumenta, I aumenta, ou se V diminui, I diminui.
Materiais que obedecem à lei de Ohm são chamados de ôhmicos, enquanto materiais que não obedecem à lei de Ohm são chamados de não ôhmicos. Quase todos os condutores metálicos são ôhmicos, enquanto muitos outros materiais são não ôhmicos.
Em materiais não ôhmicos, a resistência elétrica não é constante, mas varia dependendo da corrente e da diferença de potencial. Isso significa que, se a corrente muda, a resistência do material também muda e, da mesma forma, se a tensão muda, a resistência do material também muda. Como a resistência elétrica varia, em materiais não ôhmicos, a tensão (V) não é diretamente proporcional à corrente (I).
Gráficos V, I e R
Em materiais ôhmicos, a relação entre V e I é constante, representada por uma linha reta. Exemplos de materiais ôhmicos são os condutores metálicos. Já em materiais não ôhmicos, a relação entre V e I não é constante, representada por uma linha curva. Exemplos de materiais não ôhmicos são os diodos semicondutores e os transistores.
A lei de Ohm aplica-se apenas a materiais ôhmicos e não a todos os materiais, portanto é incorreto chamá-la de lei como as leis de Newton ou outras leis da física. As leis da física, na verdade, aplicam-se a todos os objetos, não apenas a certos objetos. No entanto, o uso da lei de Ohm tornou-se uma prática comum, por isso ainda é chamada de lei de Ohm, desde que se lembre que a lei de Ohm se aplica apenas a objetos ôhmicos. Além da lei de Ohm, outro exemplo de equívoco comum é o uso da lei dos gases ideais ou lei de Hooke.
