Понимание закона Ома
Также изучите материалы, содержащие примеры задач по закону Ома и обсуждение вопросов, связанных с законом Ома.
Практически во всех металлических проводниках, электрическое поле sebanding dengan плотность электрического токагде отношение электрического поля к плотности электрического тока является постоянным. Математически это выражается уравнением:
ρ = E / J
Описание: E = электрическое поле, ρ = удельное сопротивление, J = плотность электрического тока.
Коэффициент пропорциональности ρ называется удельным сопротивлением , значение которого постоянно и не зависит от электрического поля, создающего электрический ток.
Если электрическое поле увеличивается, плотность электрического тока также увеличивается; наоборот, если электрическое поле уменьшается, плотность электрического тока также уменьшается, так что отношение электрического поля к плотности электрического тока остается постоянным. Это формулировка закона Ома . Таким образом, приведенное выше уравнение объясняет закон Ома только тогда, когда ρ постоянно и не зависит от электрического поля. Закон Ома не применяется, если значение ρ изменяется при изменении электрического поля.
Однако измерить электрический потенциал (В) проще, чем электрическое поле (E), а измерить электрический ток (I) проще, чем плотность электрического тока (Дж). Поэтому, помимо выражения через электрическое поле , плотность электрического тока и удельное сопротивление (ρ), закон Ома также выражается через электрический потенциал , электрический ток и электрическое сопротивление (R).
Рассмотрим сначала проводник длиной (l), площадью поперечного сечения (A), между двумя концами которого существует разность электрических потенциалов (V). Если электрическое поле однородно, то есть одинаково по всей длине, то связь между электрическим полем и разностью электрических потенциалов выражается уравнением V = E s ( это уравнение обсуждалось в материалах по электрическому потенциалу ). Если плотность электрического тока однородна, то есть одинакова по всей длине, то связь между плотностью электрического тока и электрическим током выражается уравнением I = JA ( это уравнение обсуждалось в материалах по электрическому току ).
Чтобы получить уравнение, описывающее взаимосвязь между электрическим потенциалом (В), электрическим током (I) и электрическим сопротивлением (R), замените E и J в уравнении сопротивления на E в уравнении электрического потенциала и J в уравнении электрического тока:
Это уравнение объясняет взаимосвязь между электрическим потенциалом (В), электрическим током (I) и электрическим сопротивлением (R) в проводнике. На основании этого уравнения можно утверждать, что электрическое сопротивление в проводнике равно отношению разности электрических потенциалов к электрическому току в проводнике.
Закон Ома гласит, что отношение разности электрических потенциалов к электрическому току является постоянной величиной. Другими словами, это уравнение объясняет закон Ома только тогда, когда электрическое сопротивление (R) постоянно. Закон Ома не применяется, если электрическое сопротивление непостоянно, то есть изменяется.
При выводе приведенного выше уравнения электрическое сопротивление (R) проводника также связано с удельным сопротивлением (ρ), длиной проводника (l) и площадью поперечного сечения (A) проводника. Математически это выражается в уравнении:
Это уравнение более подробно обсуждается в статье об электрическом сопротивлении.
Формула закона Ома
Закон Ома объясняется двумя уравнениями: ρ = E/J и R = V/I. Следует отметить, что эти два уравнения являются уравнениями закона Ома только тогда, когда ρ постоянно и R постоянно. Если ρ и R проводника изменяются, эти два уравнения не объясняют закон Ома, но уравнение ρ = E/J объясняет удельное сопротивление проводника, а уравнение R = V/I объясняет электрическое сопротивление проводника.
Уравнение ρ = E/J можно записать как E = ρ J. Когда ρ постоянно, то E прямо пропорционально J, то есть, если E увеличивается, то J увеличивается, а если E уменьшается, то J уменьшается.
Аналогично, уравнение R = V/I можно записать как V = I R. Когда R постоянно, V прямо пропорционально I, то есть, если V увеличивается, I увеличивается, или если V уменьшается, I уменьшается.
Материалы, подчиняющиеся закону Ома, называются омическими, а материалы, не подчиняющиеся закону Ома, называются неомическими. Почти все металлические проводники являются омическими, в то время как многие другие материалы являются неомическими.
В неомических материалах электрическое сопротивление не является постоянным, а изменяется в зависимости от тока и разности потенциалов. Это означает, что при изменении тока изменяется и сопротивление материала, и аналогично, при изменении напряжения изменяется и сопротивление материала. Поскольку электрическое сопротивление изменяется, в неомических материалах напряжение (V) не прямо пропорционально току (I).
Графики V, I и R
В омических материалах отношение напряжения V к току I постоянно и отображается прямой линией. Примерами омических материалов являются металлические проводники. В то же время в неомических материалах отношение напряжения V к току I непостоянно и отображается криволинейной линией. Примерами неомических материалов являются полупроводниковые диоды и транзисторы.
Закон Ома применим только к омическим материалам, а не ко всем материалам, поэтому некорректно называть его законом, подобным законам Ньютона или другим законам физики. Законы физики на самом деле применимы ко всем объектам, а не только к некоторым. Однако использование закона Ома стало распространенной практикой, поэтому его по-прежнему называют законом Ома, если помнить, что закон Ома применим только к омическим объектам. Помимо закона Ома, еще одним примером распространенного заблуждения является использование закона идеального газа или закона Гука.
