Înțelegerea legii lui Ohm
Studiați și materialul despre exemplele de întrebări legate de legea lui Ohm și discuțiile despre întrebările legate de legea lui Ohm.
În aproape toți conductorii metalici, câmp electric proporțional cu densitatea curentului electric, unde raportul dintre câmpul electric și densitatea curentului electric este constant. Exprimat matematic prin ecuația:
ρ = E / J
Descriere: E = câmp electric, ρ = rezistivitate, J = densitatea curentului electric.
Constanta de proporționalitate ρ se numește rezistență specifică sau rezistivitate, a cărei valoare este constantă și nu depinde de câmpul electric care produce curentul electric.
Dacă câmpul electric crește, densitatea curentului electric crește și ea; invers, dacă câmpul electric scade, densitatea curentului electric scade și ea, astfel încât raportul dintre câmpul electric și densitatea curentului electric este constant. Aceasta este o afirmație a legii lui Ohm . Deci, ecuația de mai sus explică legea lui Ohm numai atunci când ρ este constant și independent de câmpul electric. Legea lui Ohm nu se aplică dacă valoarea lui ρ se modifică atunci când câmpul electric se modifică.
Totuși, este mai ușor să măsori potențialul electric (V) decât câmpul electric (E) și este, de asemenea, mai ușor să măsori curentul electric (I) decât densitatea curentului electric (J). Prin urmare, pe lângă faptul că este exprimată în termeni de câmp electric , densitate de curent electric și rezistivitate (ρ), legea lui Ohm este exprimată și în termeni de potențial electric , curent electric și rezistență electrică (R).
Mai întâi, luăm în considerare un conductor cu o lungime (l), o arie a secțiunii transversale (A) și există o diferență de potențial electric (V) între cele două capete ale firului. Dacă câmpul electric este omogen, adică același pe toată lungimea firului, atunci relația dintre câmpul electric și diferența de potențial electric este exprimată în ecuația V = E s ( această ecuație a fost discutată în materialul despre potențialul electric ). Dacă densitatea curentului electric este omogenă, adică aceeași pe toată lungimea firului, atunci relația dintre densitatea curentului electric și curentul electric este exprimată în ecuația I = JA ( această ecuație a fost discutată în materialul despre curentul electric ).
Pentru a obține o ecuație care indică relația dintre potențialul electric (V), curentul electric (I) și rezistența electrică (R), înlocuiți E și J în ecuația rezistenței cu E în ecuația potențialului electric și J în ecuația curentului electric:
Aceasta este o ecuație care explică relația dintre potențialul electric (V), curentul electric (I) și rezistența electrică (R) într-un conductor. Pe baza acestei ecuații, se poate afirma că rezistența electrică într-un conductor este raportul dintre diferența de potențial electric și curentul electric din conductor.
Legea lui Ohm afirmă că raportul dintre diferența de potențial electric și curentul electric este o constantă. Cu alte cuvinte, această ecuație explică legea lui Ohm doar atunci când rezistența electrică (R) este constantă. Legea lui Ohm nu se aplică dacă rezistența electrică nu este constantă, adică variază.
În derivarea ecuației de mai sus, rezistența electrică (R) a unui conductor este, de asemenea, legată de rezistența specifică (ρ), lungimea conductorului (l) și aria secțiunii transversale (A) a conductorului. Matematic, aceasta este exprimată în ecuația:
Această ecuație este discutată mai detaliat în articolul despre rezistența electrică.
Formula legii lui Ohm
Legea lui Ohm este explicată prin două ecuații, și anume ρ = E/J și R = V/I. Trebuie menționat că aceste două ecuații sunt ecuații ale legii lui Ohm numai atunci când ρ este constant și R este constant. Dacă ρ și R ale unui conductor se modifică, aceste două ecuații nu explică legea lui Ohm, dar ρ = E/J explică rezistența specifică a unui conductor, iar R = V/I explică rezistența electrică a unui conductor.
Ecuația ρ = E/J poate fi scrisă ca E = ρ J. Când ρ este constant, atunci E este direct proporțional cu J, ceea ce înseamnă că dacă E crește, atunci J crește sau dacă E scade, atunci J scade.
În mod similar, ecuația R = V/I poate fi scrisă ca V = IR. Când R este constant, V este direct proporțional cu I, ceea ce înseamnă că dacă V crește, I crește sau dacă V scade, I scade.
Materialele care respectă legea lui Ohm se numesc ohmice, în timp ce materialele care nu respectă legea lui Ohm se numesc nonohmice. Aproape toți conductorii metalici sunt ohmici, în timp ce multe alte materiale sunt nonohmice.
În materialele neohmice, rezistența electrică nu este constantă, ci variază în funcție de curent și de diferența de potențial. Aceasta înseamnă că, dacă curentul se modifică, se modifică și rezistența materialului și, în mod similar, dacă tensiunea se modifică, se modifică și rezistența materialului. Deoarece rezistența electrică variază, în materialele neohmice, tensiunea (V) nu este direct proporțională cu curentul (I).
Graficele V, I și R
În materialele ohmice, raportul dintre V și I este constant, reprezentat printr-o linie dreaptă. Exemple de materiale ohmice sunt conductorii metalici. Între timp, în materialele nonohmice, raportul dintre V și I nu este constant, reprezentat printr-o linie curbă. Exemple de materiale nonohmice sunt diodele semiconductoare și tranzistoarele.
Legea lui Ohm se aplică numai materialelor ohmice și nu tuturor materialelor, deci este incorect să o numim o lege precum legile lui Newton sau alte legi ale fizicii. Legile fizicii se aplică de fapt tuturor obiectelor, nu doar anumitor obiecte. Cu toate acestea, utilizarea legii lui Ohm a devenit o practică obișnuită, așa că este încă numită legea lui Ohm, atâta timp cât se ține cont că legea lui Ohm se aplică doar obiectelor ohmice. Pe lângă legea lui Ohm, un alt exemplu de concepție greșită des întâlnită este utilizarea legii gazelor ideale sau a legii lui Hooke.
