Definicija Ohmovega zakona
V skoraj vseh kovinskih prevodnikih je električno polje sorazmerno z gostoto električnega toka, kjer je razmerje med električnim poljem in gostoto električnega toka konstantno. Matematično izraženo z enačbo:
ρ = E / J
E = električno polje, ρ = upornost, J = gostota toka
Konstanta ρ se imenuje upornost, katere vrednost je konstantna in ni odvisna od električnega polja, ki povzroča električni tok.
Če se električno polje poveča, se poveča tudi gostota električnega toka, če pa se električno polje zmanjša, se zmanjša tudi gostota električnega toka.
tako da je razmerje med električnim poljem in gostoto električnega toka konstantno. To je Ohmova zakonita trditev. Zgornja enačba torej pojasnjuje Ohmov zakon le, ko je ρ konstanten in ni odvisen od električnega polja. Ohmov zakon ne velja, če se vrednost ρ spremeni, ko se spremeni električno polje.
Vendar pa je lažje izmeriti električni potencial (V) kot električno polje (E), zato je tudi lažje izmeriti električni tok (I) kot gostoto električnega toka (J). Zato se Ohmov zakon poleg tega, da je naveden v električnem polju, gostoti električnega toka in upornosti (ρ), izraža tudi z električnim potencialom, električnim tokom in električno upornostjo (R).
Najprej si oglejmo žični vodnik, ki ima dolžino (l), prečni prerez (A) in med obema koncema žice je električna potencialna razlika (V). Če je homogeno električno polje enako, potem je razmerje med električnim poljem in električno potencialno razliko izraženo z enačbo V = E s (ta enačba je bila obravnavana pri električnem potencialu). Če je gostota homogenih električnih tokov enaka,
potem je razmerje med električnim tokom in gostoto električnega toka izraženo z enačbo I = JA (ta enačba je bila obravnavana v temi o električnem toku).
Da bi dobili enačbo, ki opisuje razmerje med električnim potencialom (V), električnim tokom (I) in električnim uporom (R),
V enačbi upornosti nadomestimo E in J z E v enačbi električnega potenciala in J v enačbi električnega toka:
To je enačba, ki pojasnjuje razmerje med električnim potencialom (V), električnim tokom (I) in električnim uporom (R) v prevodniku. Na podlagi te enačbe lahko trdimo, da je električni upor v prevodniku primerjava električne potencialne razlike z električnim tokom v prevodniku.
Ohmov zakon pravi, da je razmerje med električno potencialno razliko in električnim tokom konstantno. Z drugimi besedami, ta enačba pojasnjuje Ohmov zakon le, če je električni upor (R) konstanten. Ohmov zakon ne velja, če električni upor ni konstanten.
V zgornji enačbi je električna upornost (R) v prevodniku povezana tudi z upornostjo (ρ), dolžino prevodnika (l) in površino prečnega prereza (A) prevodnika. Matematično izraženo v enačbi:
Enačba Ohmovega zakona
Ohmov zakon pojasnjujeta dve enačbi, in sicer ρ = E/J in R = V/I. Ne smemo pozabiti, da sta ti dve enačbi enačbi Ohmovega zakona le, če je ρ konstanten in je R konstanten. Če se ρ in R prevodnika spremenita, ti dve enačbi ne pojasnjujeta Ohmovega zakona, vendar ρ = E/J pojasnjuje upornost določene vrste prevodnika, R = V/I pa električno upornost prevodnika.
Enačbo ρ = E/J lahko zapišemo kot E = ρ J. Ko je ρ konstanten, je E sorazmeren z J, kar pomeni, da če se E poveča, se J poveča, ali če se E zmanjša, se J zmanjša.
Podobno lahko enačbo R = V/I zapišemo kot V = I R. Ko je R konstanten, je V neposredno sorazmeren z I, kar pomeni, da če se V poveča, se I poveča, ali če se V zmanjša, se I zmanjša.
Material, ki upošteva Ohmov zakon, se imenuje ohmski, material, ki ne upošteva Ohmovega zakona, pa neohmski. Skoraj vsi kovinski prevodniki so ohmski, medtem ko so mnogi drugi predmeti neohmski.
Na neohmskih predmetih električni upor ni konstanten in je odvisen od električnega toka in električne potencialne razlike. To pomeni, da se s spremembo električnega toka spremeni tudi električni upor materiala, in če se spremeni električna napetost, se spremeni tudi električni upor materiala. Zaradi sprememb električnega upora v neohmskih materialih električna napetost (V) ni neposredno sorazmerna z električnim tokom (I).
Graf V, I in R
V ohmski snovi je razmerje med V in I konstantno, kar je predstavljeno z ravno črto. Primer ohmske snovi je kovinski prevodnik. Medtem ko v neohmski snovi razmerje med V in I ni konstantno, kar je predstavljeno z ukrivljeno črto. Primeri neohmskih materialov so polprevodniške diode in tranzistorji.
Ohmov zakon velja le za ohmske materiale in ne velja za vso snov, zato je neprimerno govoriti o zakonih, kot je Newtonov zakon ali drugi fizikalni zakoni. Fizikalni zakon dejansko velja za vse predmete, ne le za določene. Vendar je omemba Ohmovega zakona postala navada, zato se še vedno imenuje Ohmov zakon, če se le spomnimo, da Ohmov zakon velja le za ohmske predmete.
