Definícia Ohmovho zákona
Takmer vo všetkých kovových vodičoch je elektrické pole úmerné hustote elektrického prúdu, pričom pomer elektrického poľa k hustote elektrického prúdu je konštantný. Matematicky sa to vyjadruje rovnicou:
ρ = E / J
E = elektrické pole , ρ = merný odpor , J = hustota prúdu
Konštanta ρ sa nazýva merný odpor, ktorého hodnota je konštantná a nezávisí od elektrického poľa, ktoré spôsobuje elektrický prúd.
Ak sa elektrické pole zväčšuje, zvyšuje sa aj hustota elektrického prúdu, zatiaľ čo ak sa elektrické pole zmenšuje, znižuje sa aj hustota elektrického prúdu.
takže pomer elektrického poľa k hustote elektrického prúdu je konštantný. Toto je Ohmovo zákonné tvrdenie. Vyššie uvedená rovnica teda vysvetľuje Ohmov zákon iba vtedy, keď je ρ konštantné a nezávisí 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), takže je tiež jednoduchšie merať elektrický prúd (I) ako hustotu elektrického prúdu (J). Preto sa Ohmov zákon okrem toho, že sa uvádza v elektrickom poli, hustote elektrického prúdu a mernom odporu (ρ), vyjadruje aj elektrickým potenciálom, elektrickým prúdom a elektrickým odporom (R).
Najprv si predstavte vodič s dĺžkou (l), prierezom (A) a medzi jeho oboma koncami je rozdiel elektrického potenciálu (V). Ak je homogénne elektrické pole rovnaké, potom je vzťah medzi elektrickým poľom a rozdielom elektrického potenciálu vyjadrený rovnicou V = E s (táto rovnica bola diskutovaná v téme elektrický potenciál). Ak je hustota homogénnych elektrických prúdov rovnaká,
potom vzťah medzi elektrickým prúdom a hustotou elektrického prúdu vyjadruje rovnica I = JA (táto rovnica bola preberaná v téme elektrický prúd).
Získať rovnicu, ktorá vyjadruje vzťah medzi elektrickým potenciálom (V), elektrickým prúdom (I) a elektrickým odporom (R),
nahraďte E a J v rovnici odporu 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 porovnaním rozdielu elektrického potenciálu s elektrickým prúdom vo vodiči.
Ohmov zákon hovorí, že pomer medzi rozdielom elektrického potenciálu a elektrickým prúdom 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.
Vo vyššie uvedenej rovnici má elektrický odpor (R) vo vodiči tiež vzťah k mernému odporu (ρ), dĺžke vodiča (l) a ploche prierezu (A) vodiča. Matematicky vyjadrené v rovnici:
Rovnica Ohmovho zákona
Ohmov zákon sa vysvetľuje dvoma rovnicami, a to ρ = E/J a R = V/I. Treba mať na pamäti, 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 odpor typu vodiča a R = V/I vysvetľuje elektrický odpor vodiča.
Rovnicu ρ = E/J možno zapísať ako E = ρ J. Keď je ρ konštantné, E je 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, potom je V priamo úmerné I, čo znamená, že ak sa V zvyšuje, potom sa I zvyšuje, alebo ak sa V znižuje, potom sa I znižuje.
Materiál, ktorý dodržiava Ohmov zákon, sa nazýva ohmický, zatiaľ čo materiál, ktorý nedodržiava Ohmov zákon, sa nazýva neohmický. Takmer všetky kovové vodiče sú ohmické, zatiaľ čo mnoho iných objektov je neohmických.
Na neohmických objektoch nie je elektrický odpor konštantný a závisí od elektrického prúdu a rozdielu elektrického potenciálu. To znamená, že ak sa zmení elektrický prúd, zmení sa aj elektrický odpor materiálu, a ak sa zmení elektrické napätie, zmení sa aj elektrický odpor materiálu. V dôsledku zmeny elektrického odporu v neohmických materiáloch nie je elektrické napätie (V) priamo úmerné elektrickému prúdu (I).
Graf V, I a R
V ohmickej hmote je pomer V k I konštantný, čo je znázornené priamkou. Príkladom ohmickej hmoty je kovový vodič. V neohmickej hmote naopak pomer V k I nie je konštantný, čo je znázornené zakrivenou čiarou. Príkladmi neohmických materiálov sú polovodičové diódy a tranzistory.
Ohmov zákon platí iba pre ohmické materiály a neplatí pre všetku hmotu, preto je nevhodné hovoriť zákony ako Newtonov zákon alebo iné fyzikálne zákony. Fyzikálny zákon v skutočnosti platí pre všetky objekty, nielen pre určité objekty. Zmienka o Ohmovom zákone sa však stala zvykom, takže sa stále nazýva Ohmov zákon, za predpokladu, že sa pamätá na to, že Ohmov zákon platí iba pre ohmické objekty.
