Definition av Ohms lag
I nästan alla metallledare är det elektriska fältet proportionellt mot den elektriska strömmens densitet, där förhållandet mellan det elektriska fältet och den elektriska strömdensiteten är konstant. Matematiskt uttryckt genom ekvationen:
ρ = E / J
E = elektriskt fält , ρ = resistivitet , J = strömtäthet
Konstanten ρ kallas resistivitet, vars värde är konstant och inte beror på det elektriska fält som ger upphov till den elektriska strömmen.
Om det elektriska fältet ökar ökar även den elektriska strömtätheten, medan om det elektriska fältet minskar minskar även den elektriska strömtätheten.
så att förhållandet mellan det elektriska fältet och den elektriska strömmens densitet är konstant. Detta är Ohms juridiska påstående. Så ekvationen ovan förklarar Ohms lag endast när ρ är konstant och inte beror på det elektriska fältet. Ohms lag gäller inte om värdet på ρ ändras när det elektriska fältet ändras.
Det är emellertid lättare att mäta den elektriska potentialen (V) än ett elektriskt fält (E), så det är också lättare att mäta elektrisk ström (I) än strömtätheten (J). Därför uttrycks Ohms lag, förutom att anges i det elektriska fältet, strömtätheten och resistiviteten (ρ), även i elektrisk potential, elektrisk ström och elektrisk resistans (R).
Granska först en trådledare som har en längd (l), tvärsnittsarea (A) och en elektrisk potentialskillnad (V) mellan trådens två ändar. Om det homogena elektriska fältet är detsamma, uttrycks förhållandet mellan det elektriska fältet och den elektriska potentialskillnaden i ekvationen V = E s (denna ekvation har diskuterats i avsnittet om elektrisk potential). Om densiteten hos homogena elektriska strömmar är densamma,
då uttrycks förhållandet mellan elektrisk ström och strömdens densitet i ekvationen I = JA (denna ekvation har diskuterats i ämnet elektrisk ström).
För att få en ekvation som anger förhållandet mellan elektrisk potential (V), elektrisk ström (I) och elektrisk resistans (R),
Ersätt E och J i resistivitetsekvationen med E i ekvationen för elektrisk potential och J i ekvationen för elektrisk ström:
Detta är en ekvation som förklarar förhållandet mellan elektrisk potential (V), elektrisk ström (I) och elektrisk resistans (R) i en ledare. Baserat på denna ekvation kan man konstatera att den elektriska resistansen i en ledare är en jämförelse av den elektriska potentialskillnaden med den elektriska strömmen i ledaren.
Ohms lag säger att förhållandet mellan den elektriska potentialskillnaden och en elektrisk ström är konstant. Med andra ord förklarar denna ekvation Ohms lag endast när det elektriska motståndet (R) är konstant. Ohms lag gäller inte om det elektriska motståndet inte är konstant.
I ekvationen ovan har den elektriska resistansen (R) i en ledare också ett samband med ledarens resistivitet (ρ), ledarlängd (l) och tvärsnittsarea (A). Matematiskt uttryckt i ekvationen:
Ekvationen för Ohms lag
Ohms lag förklaras av två ekvationer, nämligen ρ = E/J och R = V/I. Man bör komma ihåg att dessa två ekvationer är ekvationer enligt Ohms lag endast när ρ är konstant och R är konstant. Om ρ och R för en ledare ändras, förklarar dessa två ekvationer inte Ohms lag, men ρ = E/J förklarar resistansen hos en typ av ledare och R = V/I förklarar den elektriska resistansen hos en ledare.
Ekvationen ρ = E/J kan skrivas som E = ρ J. När ρ är konstant är E proportionell mot J, vilket betyder att om E ökar så ökar J eller om E minskar så minskar J.
På samma sätt kan ekvationen R = V/I skrivas som V = I/R. När R är konstant är V direkt proportionell mot I, vilket betyder att om V ökar, så ökar I eller om V minskar, så minskar I.
Material som följer Ohms lag sägs vara ohmskt, medan material som inte följer Ohms lag sägs vara icke-ohmskt. Nästan alla metallledare är ohmska, medan många andra föremål är icke-ohmska.
På icke-ohmska objekt är den elektriska resistansen inte konstant och beror på elektrisk ström och elektrisk potentialskillnad. Det betyder att om den elektriska strömmen ändras så ändras även materialets elektriska resistans, och om den elektriska spänningen ändras så ändras även materialets elektriska resistans. På grund av att den elektriska resistansen ändras i icke-ohmska material är den elektriska spänningen (V) inte direkt proportionell mot den elektriska strömmen (I).
Graf V, I och R
I ohmsk materia är förhållandet V till I konstant, vilket representeras av en rak linje. Ett exempel på ett ohmskt material är en metallledare. I icke-ohmsk materia är förhållandet mellan V och I inte konstant, vilket representeras av en krökt linje. Exempel på icke-ohmska material är halvledardioder och transistorer.
Ohms lag gäller endast ohmska material och inte all materia, så det är olämpligt att tala om lagar som Newtons lag eller andra fysikaliska lagar. Den fysikaliska lagen gäller faktiskt alla objekt, inte bara vissa objekt. Men att nämna Ohms lag har blivit en vana, så den kallas fortfarande Ohms lag, förutsatt att man kommer ihåg att Ohms lag endast gäller ohmska objekt.
