Pochopenie Ohmovho zákona
Preštudujte si aj materiál o príkladoch otázok z Ohmovho zákona a diskusiu o otázkach z Ohmovho zákona.
Takmer vo všetkých kovových vodičoch, elektrické pole pásmo s hustota elektrického prúdu, kde pomer elektrického poľa k hustote elektrického prúdu je konštantný. Matematicky vyjadrené rovnicou:
ρ = E / J
Popis: E = elektrické pole, ρ = merný odpor, J = hustota elektrického prúdu.
Konštanta úmernosti ρ sa nazýva špecifický odpor alebo rezistivita, ktorej hodnota je konštantná a nezávisí od elektrického poľa, ktoré vytvára elektrický prúd.
Ak sa elektrické pole zväčšuje, hustota elektrického prúdu sa tiež zvyšuje, a naopak, ak sa elektrické pole zmenšuje, hustota elektrického prúdu sa tiež znižuje, takže pomer elektrického poľa k hustote elektrického prúdu je konštantný. Toto je vyjadrenie Ohmovho zákona . Vyššie uvedená rovnica teda vysvetľuje Ohmov zákon iba vtedy, keď je ρ konštantné a nezávislé od elektrického poľa. Ohmov zákon neplatí, ak sa hodnota ρ mení so zmenou elektrického poľa.
Je však jednoduchšie merať elektrický potenciál (V) ako elektrické pole (E) a tiež je jednoduchšie merať elektrický prúd (I) ako hustotu elektrického prúdu (J). Preto sa Ohmov zákon okrem vyjadrenia pomocou elektrického poľa , hustoty elektrického prúdu a merného odporu (ρ) vyjadruje aj pomocou elektrického potenciálu , elektrického prúdu a elektrického odporu (R).
Najprv uvažujme vodič, ktorý má dĺžku (l), prierez (A) a medzi dvoma koncami vodiča je rozdiel elektrického potenciálu (V). Ak je elektrické pole homogénne, t. j. rovnaké v celom rozsahu, potom je vzťah medzi elektrickým poľom a rozdielom elektrického potenciálu vyjadrený rovnicou V = E s ( táto rovnica bola diskutovaná v materiáli o elektrickom potenciáli ). Ak je hustota elektrického prúdu homogénna, t. j. rovnaká v celom rozsahu, potom je vzťah medzi hustotou elektrického prúdu a elektrickým prúdom vyjadrený rovnicou I = JA ( táto rovnica bola diskutovaná v materiáli o elektrickom prúde ).
Ak chcete získať rovnicu, ktorá vyjadruje vzťah medzi elektrickým potenciálom (V), elektrickým prúdom (I) a elektrickým odporom (R), nahraďte E a J v rovnici odporu za E v rovnici elektrického potenciálu a J v rovnici elektrického prúdu:
Toto je rovnica, ktorá vysvetľuje vzťah medzi elektrickým potenciálom (V), elektrickým prúdom (I) a elektrickým odporom (R) vo vodiči. Na základe tejto rovnice možno konštatovať, že elektrický odpor vo vodiči je pomer rozdielu elektrického potenciálu k elektrickému prúdu vo vodiči.
Ohmov zákon hovorí, že pomer rozdielu elektrického potenciálu k elektrickému prúdu je konštantný. Inými slovami, táto rovnica vysvetľuje Ohmov zákon iba vtedy, keď je elektrický odpor (R) konštantný. Ohmov zákon neplatí, ak elektrický odpor nie je konštantný, t. j. mení sa.
Pri odvodení vyššie uvedenej rovnice súvisí elektrický odpor (R) vodiča aj so špecifickým odporom (ρ), dĺžkou vodiča (l) a plochou prierezu vodiča (A). Matematicky sa to vyjadruje rovnicou:
Táto rovnica je podrobnejšie rozobratá v článku o elektrickom odpore.
Vzorec Ohmovho zákona
Ohmov zákon sa vysvetľuje dvoma rovnicami, a to ρ = E/J a R = V/I. Treba poznamenať, že tieto dve rovnice sú rovnicami Ohmovho zákona iba vtedy, keď je ρ konštantné a R je konštantné. Ak sa ρ a R vodiča menia, tieto dve rovnice nevysvetľujú Ohmov zákon, ale ρ = E/J vysvetľuje špecifický odpor vodiča a R = V/I vysvetľuje elektrický odpor vodiča.
Rovnicu ρ = E/J možno zapísať ako E = ρ J. Keď je ρ konštantné, potom je E priamo úmerné J, čo znamená, že ak sa E zvyšuje, potom sa J zvyšuje, alebo ak sa E znižuje, potom sa J znižuje.
Podobne možno rovnicu R = V/I zapísať ako V = I R. Keď je R konštantné, V je priamo úmerné I, čo znamená, že ak sa V zvyšuje, I sa zvyšuje, alebo ak sa V znižuje, I sa znižuje.
Materiály, ktoré dodržiavajú Ohmov zákon, sa nazývajú ohmické, zatiaľ čo materiály, ktoré ho nedodržiavajú, sa nazývajú neohmické. Takmer všetky kovové vodiče sú ohmické, zatiaľ čo mnoho iných materiálov je neohmických.
V neohmických materiáloch nie je elektrický odpor konštantný, ale mení sa v závislosti od prúdu a rozdielu potenciálov. To znamená, že ak sa mení prúd, mení sa aj odpor materiálu, a podobne, ak sa mení napätie, mení sa aj odpor materiálu. Keďže sa elektrický odpor mení, v neohmických materiáloch nie je napätie (V) priamo úmerné prúdu (I).
Grafy V, I a R
V ohmických materiáloch je pomer V k I konštantný a je znázornený priamkou. Príkladmi ohmických materiálov sú kovové vodiče. V neohmických materiáloch pomer V k I nie je konštantný a je znázornený zakrivenou čiarou. Príkladmi neohmických materiálov sú polovodičové diódy a tranzistory.
Ohmov zákon platí iba pre ohmické materiály a nie pre všetky materiály, takže je nesprávne nazývať ho zákonom ako Newtonove zákony alebo iné fyzikálne zákony. Fyzikálne zákony v skutočnosti platia pre všetky objekty, nielen pre určité objekty. Používanie Ohmovho zákona sa však stalo bežnou praxou, takže sa stále nazýva Ohmov zákon, pokiaľ sa pamätá na to, že Ohmov zákon platí iba pre ohmické objekty. Okrem Ohmovho zákona je ďalším príkladom bežnej mylnej predstavy používanie zákona o ideálnom plyne alebo Hookeovho zákona.
