Definiția legii lui Ohm
În aproape toți conductorii metalici, câmpul electric este proporțional cu densitatea curentului electric, unde raportul dintre câmpul electric și densitatea curentului electric este constant. Exprimat matematic prin ecuația:
ρ = E / J
E = câmp electric , ρ = rezistivitate , J = densitate de curent
Constanta ρ se numește rezistivitate, a cărei valoare este constantă și nu depinde de câmpul electric care dă naștere curentului electric.
Dacă câmpul electric crește, densitatea curentului electric crește și ea, în timp ce dacă câmpul electric scade, densitatea curentului electric scade și ea,
astfel încât raportul dintre câmpul electric și densitatea curentului electric să fie constant. Aceasta este afirmația legală a lui Ohm. Deci, ecuația de mai sus explică legea lui Ohm doar atunci când ρ este constant și nu depinde 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 un câmp electric (E), așadar este, de asemenea, mai ușor să măsori curentul electric (I) decât densitatea curentului electric (J). Prin urmare, pe lângă faptul că este exprimată în câmp electric, densitatea curentului electric și rezistivitatea (ρ), legea lui Ohm este exprimată și în potențial electric, curent electric și rezistență electrică (R).
Mai întâi, analizați un conductor cu lungimea (l), secțiunea transversală (A) și o diferență de potențial electric (V) între cele două capete ale firului. Dacă câmpul electric omogen este în totalitate același, atunci relația dintre câmpul electric și diferența de potențial electric este exprimată în ecuația V = E s (această ecuație a fost discutată în secțiunea despre potențialul electric). Dacă densitatea curenților electrici omogeni este aceeași,
atunci relația dintre curentul electric și densitatea curentului electric este exprimată în ecuația I = JA (această ecuație a fost discutată în tema curentului 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 rezistivității 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 o comparație între diferența de potențial electric și curentul electric din conductor.
Legea lui Ohm afirmă că raportul dintre diferența de potențial electric și un curent electric este constant. 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.
În ecuația de mai sus, rezistența electrică (R) dintr-un conductor are, de asemenea, o relație cu rezistivitatea (ρ), lungimea conductorului (l) și aria secțiunii transversale (A) a conductorului. Exprimată matematic în ecuație:
Ecuația legii lui Ohm
Legea lui Ohm este explicată prin două ecuații, și anume ρ = E/J și R = V/I. Trebuie reținut 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 unui tip de 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, E este 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, atunci V este direct proporțional cu I, ceea ce înseamnă că dacă V crește, atunci I crește sau dacă V scade, atunci I scad.
Materialul care respectă legea lui Ohm se numește ohmic, în timp ce materialul care nu respectă legea lui Ohm se numește nonohmic. Aproape toți conductorii metalici sunt ohmici, în timp ce multe alte obiecte sunt nonohmice.
La obiectele nonohmice, rezistența electrică nu este constantă și depinde de curentul electric și de diferența de potențial electric. Aceasta înseamnă că, dacă curentul electric se modifică, atunci și rezistența electrică a materialului se modifică, la fel cum, dacă tensiunea electrică se modifică, atunci și rezistența electrică a materialului se modifică. Din cauza modificărilor rezistenței electrice față de materia nonohmică, tensiunea electrică (V) nu este direct proporțională cu curentul electric (I).
Graficele V, I și R
În materia ohmică, raportul dintre V și I este constant, fiind reprezentat printr-o linie dreaptă. Un exemplu de material ohmic este un conductor metalic. În schimb, în materia nonohmică, raportul dintre V și I nu este constant, fiind reprezentat printr-o linie curbă. Exemple de materiale nonohmice sunt diodele semiconductoare și tranzistoarele.
Legea lui Ohm se aplică doar materialelor ohmice și nu se aplică întregii materii, deci este impropriu să numim legi precum legea lui Newton sau alte legi fizice. Legea fizică se aplică de fapt tuturor obiectelor, nu doar anumitor obiecte. Însă menționarea legii lui Ohm a devenit un obicei, așa că este numită în continuare legea lui Ohm, cu condiția să se țină cont că legea lui Ohm se aplică doar obiectelor ohmice.
